(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を区画する管内に、インペラを回転させるための回転軸を回転自在に設けると共に、該回転軸を回転自在に支持するための軸受を設け、該軸受に水が供給されないドライ運転状態で上記回転軸を回転駆動し先行待機運転する立軸ポンプにおいて；
上記回転軸は、軸本体の外周に取り外し可能に設けられると共に上記軸受に当接されるスリーブを有し；
該スリーブは、上記軸受に摺動可能に接触し、外周にクロムカーバイドを溶射され；
上記軸受を、ポリイミド樹脂とカーボン繊維の複合材で形成し；
上記複合材は、ポリイミド樹脂に同重量のカーボン繊維を添加して形成されたことを特徴とする立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立軸ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水かさが急激に増えやすい雨水排水場には、雨水が流入する前に予め運転させ、水位が上がると自動的に排水を始めるように構成した立軸ポンプ、すなわち先行待機ポンプが広く用いられている。
【０００３】
先行待機ポンプには種々のタイプのものがあるが、例えば図３（ａ）〜（ｅ）に示すように吸気管２０を用いるタイプの場合、水位の変動に応じて運転の形態を変えるようにしたものがある。
【０００４】
図３（ａ）に示すように、この先行待機ポンプ２１は、水位２２がインペラ３よりも低いときは吸気管２０から空気を吸入することで気中で待機運転され、図３（ｂ）に示すように水位２２がインペラ３の高さに到達したときは吸気管２０から空気を吸引しながら気水混合の揚水を始め、図３（ｃ）に示すように水位２２が吸気管２０の開口２３の高さに達したときは本格的に揚水を始め、図３（ｄ）に示すように水位２２が開口２３より低い位置に下がったときは再び気水混合の揚水に切り替わり、図３（ｅ）に示すように水位２２がインペラ３より低い位置に下がったときはインペラ３の回転で下流側の水を封じながらの気中運転（エアロック運転）を始める。
【０００５】
エアロック運転中は少しずつインペラ３の下流側の水が抜け落ち、時間の経過と共に図３（ａ）の状態に戻る。
【０００６】
このような先行待機ポンプ２１は、気中におけるドライ運転に耐えることが求められる。特に図３（ａ）に示すようなドライ運転にあっては回転軸２４を支持する軸支部２５に負担がかかるため、軸支部２５には種々の工夫が施されている。
【０００７】
立軸ポンプには、大別して外部から軸支部に注水する注水タイプと、無水状態で耐える無注水タイプとがある。
【０００８】
注水タイプの立軸ポンプ（図示せず）は、一般に軸支部にゴム軸受を用いており、軸支部に常に水を供給するようになっている。
【０００９】
無注水タイプの立軸ポンプ２１は、軸受をセラミックで形成すると共に回転軸を超硬合金で形成したセラミック軸受を一般に備えている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、注水タイプは、給水設備を必要とし、この給水設備が設置スペースを必要とし立軸ポンプを複雑化してしまうという課題があった。また、無注水タイプは長時間無水運転を継続すると発熱し、クラックが生じて破損してしまうという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、給水設備を必要とせず長時間の無水運転に耐える立軸ポンプを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、流路を区画する管内に、インペラを回転させるための回転軸を回転自在に設けると共に、該回転軸を回転自在に支持するための軸受を設け、該軸受に水が供給されないドライ運転状態で上記回転軸を回転駆動し先行待機運転する立軸ポンプにおいて；上記回転軸は、軸本体の外周に取り外し可能に設けられると共に上記軸受に当接されるスリーブを有し；該スリーブは、上記軸受に摺動可能に接触し、外周にクロムカーバイドを溶射され；上記軸受を、ポリイミド樹脂とカーボン繊維の複合材で形成し；上記複合材は、ポリイミド樹脂に同重量のカーボン繊維を添加して形成されたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の立軸ポンプの軸受装置は、回転軸と、該回転軸を回転自在に枢支する軸受とを備えた軸受装置において、上記回転軸の外周部のうち上記軸受に接する部分にクロムカーバイド溶射を施し、上記軸受を、ポリイミド樹脂とカーボン繊維の複合材または高強度カーボンで形成したものであってもよい。
【００１４】
上記回転軸は、軸本体の外周に取り外し可能に設けられると共に上記軸受に当接されるスリーブを有し、該スリーブは外周にクロムカーバイドを溶射されるとよい。
【００１５】
上記複合材は、ポリイミド樹脂に同重量のカーボン繊維を添加して形成するとよい。
【００１６】
また、流路を区画する管内に、インペラを回転させるための回転軸を回転自在に設けると共に、該回転軸を回転自在に支持するための軸受を設けた立軸ポンプにおいて、上記回転軸の外周部のうち上記軸受に接する部分にクロムカーバイド溶射を施し、上記軸受を、ポリイミド樹脂とカーボン繊維の複合材または高強度カーボンで形成したものであってもよい。
【００１７】
上記回転軸は、軸本体の外周に取り外し可能に設けられると共に上記軸受に当接されるスリーブを有し、このスリーブは外周にクロムカーバイドを溶射されるとよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図２に示すように、立軸ポンプ１は、雨水を吸い上げるべく水面の上方に起立して設けられるケーシング２と、ケーシング２内に設けられる軸受装置１６とを備える。
【００２０】
ケーシング２は、ほぼ筒状に形成されており、流路１０を区画する管を構成している。ケーシング２の上端には、汲み上げた雨水を水平方向に吐出するための吐出エルボ８が接続されている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、軸受装置１６は、ケーシング２内に同軸上に延びるように設けられる回転軸４と、回転軸４を回転自在に枢支する軸受１３とからなる。
【００２２】
回転軸４は、吐出エルボ８に設けられたスタフィングボックス９を介して流路１０外に延長されており、駆動装置（図示せず）に連結されている。また、回転軸４の下端にはインペラ３が一体に設けられており、インペラ３を回転軸４と一体に回転させるようになっている。
【００２３】
回転軸４は、インペラ３の近傍に設けられた下部軸支部５と、スタフィングボックス９内に設けられた上部軸支部６と、ケーシング２内の中間位置に設けられた中間部軸支部７とのそれぞれに回転自在に支持されている。
【００２４】
軸受１３は、これら軸支部５，６，７を構成する部品の一つでもある。
【００２５】
具体的には、中間部軸支部７は、中間軸受支え１１と受金１２を介してケーシング２に設けられる軸受１３と、回転軸４の軸本体１４の外周に取り外し可能に設けられ、かつ、軸受１３に摺動可能に接触されるスリーブ１５とからなる。
【００２６】
軸受１３は、ポリイミド樹脂とカーボン繊維の複合材からなり、筒状に形成されている。具体的には、軸受１３は、ポリイミド樹脂にほぼ同重量のカーボン繊維を添加して形成されている。
【００２７】
受金１２は、軸受１３を外周と上下両端から覆って保持するものであり、筒状に形成されると共に上下両端を径方向内側に絞って形成されている。
【００２８】
スリーブ１５は、筒状に形成したステンレス材の外周にクロムカーバイド（炭化クロム）を溶射してなるものであり、軸本体１４の外周に取り付けられることで回転軸４を構成するようになっている。
【００２９】
次に立軸ポンプ１のドライ運転に対する耐久性について試験を行ったので試験結果について述べる。
【００３０】
試験は、比較できるように名称をＡ〜Ｍで示す既存の軸受と、Ｎで示す上述の軸受１３とについて行った。軸受Ａ〜Ｎの物性値は表１に示すとおりである。
【００３１】
【表１】
0003930734.tif 000002
【００３２】
面圧特性についての試験結果を表２に示す。面圧特性試験は、速度を１．５ｍ／ｓに保ったまま軸受Ａ〜Ｎに作用させる面圧を約０．１５７ＭＰａ（１．６ｋｇｆ／ｃｍ2）から約１．６８７ＭＰａ（１７．２ｋｇｆ／ｃｍ2）まで上昇させ、焼付が発生する面圧と、軸受Ａ〜Ｎの温度変化と、軸受Ａ〜Ｎの合計摩耗量と、摩擦係数の変化と、表面あらさの変化とについて測定した。
【００３３】
【表２】
0003930734.tif 000003
【００３４】
表２から、軸受Ａ，Ｈ，Ｌ，Ｍ，Ｎについては高い面圧を受けても良好に作動することが確認された。また、軸受Ｎのスリーブ１５に対する摩擦係数は、鋼鉄に対する軸受の摩擦係数（０．１５〜０．２）よりも小さく、良好に滑ることが確認された。
【００３５】
速度特性についての試験結果を表３に示す。速度特性試験は、軸受Ａ〜Ｎに作用させる面圧を約０．２７５ＭＰａ（２．８ｋｇｆ／ｃｍ2）に保ち、かつ、速度を１〜３ｍ／ｓの間に保ったまま５時間の連続運転を行い、軸受Ａ〜Ｎの温度変化と、軸受Ａ〜Ｎの摩耗重量と、表面あらさの変化とについて測定した。表面あらさ欄の「→」の基端側の数値は試験前のあらさを表し、先端側の数値は試験後のあらさを表す。
【００３６】
【表３】
0003930734.tif 000004
【００３７】
表３から、軸受Ａ，Ｈ，Ｌ，Ｍ，Ｎについては目標とした８０℃以下が達成され、長時間ドライ運転を継続しても良好に作動することが確認された。
【００３８】
高速運転についての試験結果を表４に示す。この試験は、速度を３．５〜４ｍ／ｓの間に保ち、かつ、面圧を約０．２７５ＭＰａ（２．８ｋｇｆ／ｃｍ2）に保ったまま２時間運転し、軸受Ａ〜Ｎの温度変化と、軸受Ａ〜Ｎの摩耗重量と、表面あらさの変化とについて測定した。表面あらさの表記方法は表３と同様である。
【００３９】
【表４】
0003930734.tif 000005
【００４０】
表４から、軸受Ａ，Ｎについては高速ドライ運転を行っても過熱することなく良好に作動することが確認された。
【００４１】
アブレシブ摩耗試験（小粒径）の結果を表５に示す。この試験は、粒径５μｍの硅砂と関東ロームの混合物を１００ｐｐｍ含む泥水を１００時間連続的に汲み上げ、軸受Ａ〜Ｎとスリーブ１５についての摩耗量と表面あらさの変化とを測定した。
【００４２】
【表５】
0003930734.tif 000006
【００４３】
表５から、軸受Ｅ，Ｆ，Ｈ，Ｌ，Ｎについては粒径の小さな粒を含む泥水を長時間汲み上げても十分耐えることが確認された。
【００４４】
アブレシブ摩耗試験（大粒径）の結果を表６に示す。この試験は、粒径４５μｍの硅砂を１００ｐｐｍ含む泥水を１００時間連続的に汲み上げ、軸受Ａ〜Ｎとスリーブに１５ついての摩耗量と表面あらさの変化とを測定した。
【００４５】
【表６】
0003930734.tif 000007
【００４６】
表６から、軸受Ａ，Ｈ，Ｎについては粒径の大きな粒を含む泥水を長時間汲み上げても十分耐えることが確認された。
【００４７】
このように、流路１０を区画する管内に延びインペラ３を回転させるための回転軸４と、回転軸４を管内で支持する軸受１３とを備えた立軸ポンプ１において、回転軸４の外周部のうち軸受１３に接する部分にクロムカーバイド溶射を施し、軸受１３を、ポリイミド樹脂とカーボン繊維の複合材で形成したため、無潤滑のドライ運転状態、すなわち軸受１３に水が供給されない状態で回転軸４を回転駆動させても軸受１３及び回転軸４の発熱を小さく抑えることができ、摺動摩擦を小さく抑えることができ、優れた耐摩耗性を得ることができ、揚水に含まれる砂等によっても摩耗を少なく抑えることができ、熱衝撃にも良好に耐えることができる。
【００４８】
そしてこのため、軸受１３に水を供給するための給水設備が必要なくなり、ポンプ設備システムの簡素化が図れ、同時に建設コストと運転費用を削減でき、給水ラインに関する不具合を解消でき、設備の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
回転軸４が、軸本体１４の外周に取り外し可能に設けられると共に軸受１３に当接されるスリーブ１５を有し、スリーブ１５が外周にクロムカーバイドを溶射されるものとしたため、回転軸４側が摩耗されてもスリーブ１５を交換することで容易かつ安価に修復できる。
【００５０】
ポリイミド樹脂にほぼ同重量のカーボン繊維を添加して複合材を形成したため、ドライ運転下での発熱の抑制と、摺動摩擦の抑制と、耐摩耗性と、熱衝撃に対する耐性とを良好なバランスで得ることができる。
【００５１】
また、軸受１３は、ポリイミド樹脂とカーボン繊維の複合材に替えて高強度カーボンで形成してもよい。複合材と同等の効果を得ることができる。
【００５２】
ここでいう高強度カーボンとは、コークス、人造黒鉛、カーボンブラック、天然黒鉛などからなる原料を成形し、焼成及びピッチ（コールタールピッチ）含浸したのち、合成樹脂液に含浸して仕上げたものである。
【００５３】
より具体的には、高強度カーボンは、かさ密度を１．８５ｇ／ｃｍ3に形成されており、表７に示す物性に形成されている。
【００５４】
【表７】
0003930734.tif 000008
【００５５】
なお、中間軸支部７の軸受１３と回転軸４とについて述べたが、これに限るものではなく、上述の軸受構造はドライ運転を行う水中軸受装置全般に適用できるものである。
【００５６】
また、上述の実施の形態では立軸斜流ポンプを例に説明したがこれに限るものではなく、立軸軸流ポンプや他のタイプの立軸ポンプであってもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）給水設備を必要とせず長時間の無水運転に耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す立軸ポンプの要部拡大図である。
【図２】立軸ポンプの断面図である。
【図３】水位が（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）の順に変化したときのそれぞれの水位における先行待機ポンプ（立軸ポンプ）の動作を説明する動作説明図である。
【符号の説明】
１  立軸ポンプ
３  インペラ
４  回転軸
１０  流路
１３  軸受
１４  軸本体
１５  スリーブ
１６  軸受装置
【図１】
0003930734.tif 000009
【図２】
0003930734.tif 000010
【図３】
0003930734.tif 000011