JPS6081517A - 水中軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 軸受に関し、特に、起動時及び停止時等に気体中におか
れて無潤滑条件下で運転され、定常運転時に水中又はス
ラリ中で運転される支軸７ｊ？ンプ又は窪゛１ｉ′ｌｌ
ｌｌｌボンプに使用される水中軸受に関する。

従来、支軸ポンプ及び斜＋ｆ’＋ｆ＋ポンプの水中軸受
には、ゴム軸受、鉛青銅軸受等が使用きれていた。

ところが、これらのポンプを起動する場合には、水中軸
受部が気体中におかれていることが多く、そのままの状
態で起動することは困難であった。

その理由は、ゴム軸受も鉛青銅等の金属製軸受も。

水中或いは水や油で潤滑された状態で使用される場合は
極めて安定しだ摺動特性を示すが、気体中、即ち無潤滑
条件下で使用するときは、摺動部から激しく発熱し、軸
受部が速やかに破損されるからである。そのため、従来
の支軸ポンプや斜軸ポンプでは、起動時の無潤滑条件下
の運転から水中軸受を保護するだめ、軸受摺動部への潤
滑油の供給、或いは軸受部への注水等の手段が採用され
ていた。

この軸受部への注水装置を第１図及び第２図によって勝
、明する。

第１図は、軸受部へ注水する装置を設けた従来の支軸ポ
ンプの縦１υｒ面図であって、ｌは外水位であり、この
外水位ｌに水没する位１べに羽根車がくるように支軸ポ
ンプは設置されている。駆動用モータ３は保守、点検が
容易なように地上に設けられ、該実動用モータ３の回転
は軸継手≠を介して軸、ｔ　、　Ｐに伝達され、軸ダの
先端部に接続された羽根車コを回転する。なお、乙は軸
ｊと軸ｊ′とを接続する中間軸継手である。羽根車λの
回転によって、水は吸込みペル７から眩い込まれ吐出し
ボウルざ、吊下げ管り、１０を通って吐出エルｙｙｔｔ
から吐出される。ｌコ、／３は、軸！　、Ｐを保強する
と共に上部水中軸受／４’及び下部水中軸受ｌ！へ潤滑
水を導くだめの保護管である。まだ上部水中軸受ｌ≠は
水中軸受支えｌ乙によって支持されておシ、下部水中軸
受ｉｓはリブ／　７　、　／　７／によって支持されて
いる。

第２図は、第１図Ａ部の上部水中軸受／４’の拡大断面
図であって、軸ｊｌには、ステンレス製の円筒状のスリ
ーブｌＩ力訣ネジ／−’？ａによって固着されて該軸３
１と一体に回転するように女っており、また、水中軸受
支えｌ乙には、ゴム軸受ｌりがスリーブ／ｌ’の外周面
と僅かの隙間をもって固定されている。なお、このゴム
軸受ｌ？の水平断面の内周形状は円形であって、通常、
憫滑水用の縦溝が数本設けられている。上記ゴム軸受ｌ
りは、軸！　、　Ｊ＋の回転によって生じる該軸ｊ　、
　３′の半径方向の振れを、スリーブｉｔの外周面を該
ゴム軸受ｌりの内周面に摺接させることによって制限し
ている。

そして、第１図及び第２図に示される室軸ポンプの起動
時及び定常運転時には、上部に設けられた注水ロー２０
から、軸ｒ　、　ｓｒと保護管／−２、／Ｊとの間に注
水して１上部水中軸受／４’と下部水中軸受／Ｊの２個
の水中軸受を水で潤滑して保護している。ところが、支
軸ポンプでは軸ｓ　、　ｓｒの長さが数１０ｍにも及ぶ
ことがあシ、この場合には多数の水中軸受が用いられ、
その間の軸を保腹管で保護している。従って、ポンプ起
動時における水中軸受の保護のために、多大の設備費を
強いられる欠点があった。なお、以上の第１図及び第２
図の説明は室軸、ＩＦンプに関するものであるが、斜軸
ポンプにおいても、全く同様の問題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除去するこ
とができ、液体中と気体中とで開用される水中軸受にお
いて、双方の使用条件下において安定した摺動特性をも
ち、しかも製作が容易な水中軸受を提供することであシ
、特に、支軸ポンプ及び斜軸ポンプの水中軸受として、
ポンプ起動時に水中軸受部が気体中におかれていて無潤
滑条件下で起動することが可能であシ、起動後の定常運
転時においても良好な摺動特性を示し、しかも、清水中
のみならず海水のような良電導度液体やスラリ液中にお
いても、安定した摺動特性を示す水中軸受を提供するに
ある。

この目的を達成するために、本発明は、回転側部材をタ
ングステンカーバイド（ＷＯ）を含む超硬合金で、また
固定側部材を窒化珪素（８１３Ｎ４）又は炭化珪素（８
ｉ０）のセラミックスでそれぞれ構成し、該セラミック
スをセグメント状に分割して固定側部材の周■１に環状
に配列して取り付けたことを特徴としている。

以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。

先ず、本発明の特徴の一つとする、水中軸受の回転側及
び固定側に使用される材料について説明すると、支軸ポ
ンプ又は斜軸ポンプ等に使用される従来の水中軸受にお
ける摺動部利の組合せとして、例えば、「サム軸受−ス
テンレス鋼製軸スリーブ」或いは「カーボン含有テフロ
ン（簡標名）軸受−ステンレス鋼軸スリーブ」等の場合
にあつては、清水中の摺動特性は優れているが、無潤滑
条件下においては全く使用できず、又［カーゼン軸受又
はカーゼン含有鋼合金軸受−ステンレス鋼軸スリーブ」
の組合せにおいては、水中軸受部が珪砂（砂）やアルミ
ナ粒子を含むスラリ液によって浸漬されると、摺動面が
速やかに損傷され、必ずしも満足できるものではなかっ
た。

そこで本発明者等は、ラジアル軸受の摺動特性を調べる
試験装置及び保睦肯を具えない第Ｖ図に示すような豆粕
ポンプを用い、さまざまな部材について清水条件、気体
条件、スラリ条件、海水条件或いはスラリを含む海水条
件等のさまざまな使用環境における摺動特性を調べ、前
記のような本発明の水中軸受に使用される月料が最も優
れていることを見い出した。前記摺動試験の結果得られ
たデータを第１表に示す。

に如　Ｐｋ−８ また第３図ｉ、、ｌ：、横軸に運転時間、縦軸に摩擦係
数をとった軸受の摺動付性勿示す線図であって。

摺動速度λ、ｊ％／Ｓ　、面圧はゴム軸受−ステンレス
鋼ＳＵＳ　３ｏ弘については乙。３　ｋｇｆ／ｃａ　（
×印の記号で表わす）、窒化珪素セラミックス軸受−超
硬合金（Ｙ　Ｏ％　ＷＣ）　Ｋ）イＣはＡ７ｋｇ　ｆ／
ｃｒｌ　（Ｑ印）ｇ６号で表わされた本発明／）、炭化
珪素セラミックス４和受−超硬合金（り０％Ｗｃ）につ
いては６７　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃｙＡ（本発明２）及び
≠２ｋｇｆ／ｃ＋＋！（本発明λ′）をそれぞれとって
いる。

前記の第７表及び第３図から明らかなように、本発明の
水中軸受における同包側部材と固定側部材ヲ、それぞれ
超硬合金（特にタングステンカーバイド葡含有）と窒化
珪素セラミックス又は炭化珪素セラミックスとした摺動
向は、空気中、清水中％或いは珪砂、アルミナ粒子を含
むスノ９７Ｌ中においても極めて安定した摺！１１Ｉｌ
特性？示すものであることが分かる。

なお１本発明において固定（１１１部材部材成する窒化
又は炭化珪素セラミックスは、引張強度、もろさ、線膨
張率などの愼械的性負から、できるだけ取付は容易なし
かも固定側の摺動向に用いられるべきであり、したがっ
て固定１１１１１部月である軸受世１１の摺動部材とし
て用いるのが望丑しく、もう一方の超硬合金は１回転側
部材である軸側の摺動部材とじて用いるのが望ましい。

また、第１表及び第３図に示した試験において使用した
超硬合金は。

ＪＩＳ　Ｈｚｒｏｔ　ａＢ３号に相当するものであるが
。

りＯｇ　’４４以上のタングステンカーバイド（ＷＣ）
を含む超硬合金でめれは、弔／表及びｉＡ３図に示され
る良好で且つ簀足した摺呻り、ｆ性全有するものである
。

次に、上記した軸受材］・）を用いた本発明の水中軸受
の実施１＋１１　？］ｌ−％第≠図ないしｉＪ４　Ａ　
０図と共に説明する。

第グ図は、第７図に示した従来の立すリノ１ポンｆに本
発明の水中＃ｌ＋受て通用した場合の縦１析而図でめっ
て、第７図におりる保砕ｇ−／、ｚ、／Ｊ、注水口２０
と図がしていない汗水装置面及び下部水中軸受／ｊｆ支
えるリブ１７等が不☆となったので設けられておらず、
富めてｆｔｆ巣な構造となっている。

しかも、上部及びト部の内水中軸受／４１．／、ｔが。

従来のものと比べて極めて小型になっている仁とが分か
る。

上記のように１本発明全コネ用することによって水中軸
受を小型にできる理由は、第３図〃１らも明らかなより
に１本発明の水中軸受月利は極めて商い田１圧荷貞（ａ
ｔ米の７０倍以上）にも血１えることから、」習勤１田
（貞と小さくすることが可能になったからである。

４５図は、第ｊ図Ｂ部の水中軸受部Ｑ〕拡拡大面面図あ
って、軸ｊ′Ｃ′（は、タングステンカーバイド全音ん
だ超硬合金製軸スリーブ２／が１図７」＜シない止めネ
ノＶこよって固着されて１犀に回転するようになってい
る。また水中軸受支え／２には、金属ケース２２を介し
で、セグメント状に分割されたセラミック製＋ｉＱｎ受
２３が取！ＩＩ　１’ｉ　＆Ｊられており。

仁れらセグメント状に分割ちれた谷セラミックス片は、
金属ケース！λの円囲に形成遁扛１こ臥合孔に眩め込む
よ′：）ｔこして巣状に配列もれ、Ｃセラミックス片の
内周面が軸スリーブ２／の外周面に線接触に近い状態に
なるようにして取り付けられている。なお、この取υ付
けは焼面め或いは接糸剤によってイテわれ、谷セラミッ
クス片は金属ケース２２に強固に固着される。

第Ａａ図ないし第６Ｃ図は、ｇ４ｊ図のＶｌ−Ｖｌ線断
■図であって、谷セグメント片が水中ｔｔＩＣ受支え／
ｌの金属ケース、２．２の内１１１１１に１哀状ｖｃ配
列芒れて取り刊けられている態様が明瞭に示はれている
。

すなわちｂ　’ｄ’Ｌ　ｔ　ａ図は、各セグメント片が
曲面円形の棒状体、２３ａで構成されている実施例ケン
Ｊクレ、これらのｔｌＪｉ間円形のセグメント片、２３
ａは。

金ノ、４ケース、２２の内側に予め間＋’ｉ、’＋　’
ｔｒ：隔てて軸方向に穿設されグこ０ノｒ面円弧状の貝
通孔２弘ａ内に、軸スリーブ２／の外周面と摺動するｊ
ｆｌｉ　’ｒｊ−’Ｙ　＊イ＋残して残部金・１．Ｉ’
ｒ：駄め或いは接着剤によって固着きれている。

また第、＜ｂ図は、谷セグメント片が断面梯形の棒状体
、ｚＪｂｌｘこよって構成された芙施例ヶ示し。

これらの各セグメント片２３ｂは、４？ｈＡケース２２
の内０１１１に間隔を隔てて軸方向に膨設されたロノ［
囲俤形（アリ溝形）のｉｆｉ辿孔！グｂ内１ｔＣ焼吠め
或いは接層剤によって同７ｄされている。

同様に粛ｔｃ図は、谷セグメント片が断面矩形状の棹状
体２．３ｃで＜Ｍ成された実施例を乃くし、これらの各
セグメント片２ＥＣは、金属ケース２．２の内側に間隔
を隔ててｑｌ＋方向に１設された１１ノ「面矩形の貫通
孔、２弘Ｃビタに焼ｗくめ或いに区腐剤によって固着さ
れて、１５−ジｓ　１ｌｉｌ＋スリーブ、２／の外周面
との］習接面ｔよ、断面円弧状に形成されている。

これらの第１ａ図ないし第６Ｃ図に７Ｊ＜された谷実施
例によｉＬは、水中軸受支え／　、＜　ＶＣ金属ケース
、２．！を弁して取り伺けら７’したセラミックスｄ　
ｌｌ’ｌｌ受２３紫、セグメント状に分割して金ｋＪｉ
ケース２．！の周面Ｋ　Ｊ、Ｌ（状Ｖこ配列してｊ収９
１・１けているので、下１己のよりな作用、効果が会さ
れている。

山　谷セラミックス片と１１１１１１との接触が線ゴ安
ｊ強に近い状聾Ｑこできるので、気中運転時の発熱乏低
下できる。これは、依融面槓が４りりて小らくそのため
部分的な回圧が非常に而くｌるので従来の軸受材料では
不可能であったことであり、本元明ＶＣよって初めて可
能となった。

（団　セグメント状に分割され７こ谷セラミックス片間
の比較的広い間隙にポンプ揚水が流れるため。

取扱液中の異物が軸方向に流れ、摺動面へのかみ込みが
減少し、前日己軸受構成材料と相俟って耐摩耗１生が更
に向上する。

０１１）　大きな軸径用のセラミック軸受葡一体で製作
した場合、材質の不均一がおき易く１強匿的に１ｄ幀性
に乏しいものになシがらであ夛、またそのため市価なも
のになる。し７１）シ本発明のようにセグメント状に分
Ｊすすることにより、セラミック単体としては小さなも
のですみ、大型の軸父にも適用でさ、（Ｑ頼性を高める
ことができ、しかもコスト　ｒ　Ｆけることができる。

なお、上記の効果の外、　４１４　Ａ　ａ図に示ｒ未施
例においては、各セラミックス片２３ａが断面円形の杯
状体に形ＪＪｙ、されているので、加ニレ易く、製１・
「が最も容易であり、谷セラミックス片が半径方向内側
へ向けでゆる′ＬＪ−恐れも全くない。同様に第６ｂ図
に示す実施例においても、各セラミックス片がアリ溝形
の孔に面金されているので、内１１１１へ同かつてゆる
む恐れはなく、捷た各セラミックス片は底面が広くなっ
ているので、′！ｉ：ボした支持が得られる効果がある
。第６Ｃ図に示す実施列は、前記２例に対してセラミッ
クス片がｐ；ｌｆ脱し易い形状になっているが、接層ｔ
ｉｌｌにて固定する場合の組立て及び弔ａｂ図に比べて
）用土を容易にしたものである。

以上は、立輔ポンプの水中軸受に本づ６明を通用した例
について述べ１こが、斜軸ポンプに適用した場合につい
ても同様の作用効果ケ奏するものでりυ１またその他の
水力機械の水中＋Ｉｎ＋父としても利用できることは勿
ｊｔ館である。

３／こ１回転体會回ノＪｌ柵（で支持するようにしたも
のにおける軸受装置であって、液体中及びン（体中で使
用される水中軸受に使用することも可能であり、と（１
）場合も、セラミックスは、千パ砿的注買等の点から固
定したｑＩｌｔ＋　１ｌｉｌｌに献けられる。

なお１回転＋１１１１７ｊｌｆ月？伯ノ戊する超硬合釧
ｈタングステンカーバイド全生成分にするものであれば
よいことは勿論である。

以上説明したように１本タロ明は、液体中及び気体中で
使用される水中！Ｉ’ｌｌｌ受において１回転１１ｉ１
１部材ケタングステンカーバイドからなる超硬８金で。

ま／こしＩ定伸部材金屋化珪素又は層化珪素のセラミッ
クスでそれぞれ構成し、罎セラミックス奮セグメント状
に分割して固定側部祠の周面に根状に配列して取り付け
るようにして４ｈ成しているので。

従来の水中軸受では不可能でめった無間滑栄Ｙ＋−下の
始動、即ち気体中において（ｉｇｉ　！１３！＋する場
合でも極めて女麓した慴動ｔ１￥性全４し、水ｎＪ　ｒ
けがなされている条件下では勿、ｌｌ＠のこと、珪砂−
アルミナ做粒子からなるスラリ水中で摺動する場合でも
良好な摺動特性金柑持するので、無病ｒｎ状！＆とｆｌ
ｉ」ｔ’ｉｙ状態とが株ジ返えし出現する条件−Ｆ、或
いはＪ４＋３耗性取扱い液中で作動袋せるのりこ好適で
あり、寸だｒ？ｉＪ記両セラミックスは艮絶縁性ケ有フ
ーるので、艮亀導朋液中で作動する摺動部拐としで用い
れは、腐食「匡流奮遮断して）ｄ囲におかれノこ釡属部
材ｒ保護することにもなる。史Ｖｃ、高い面圧荷置にも
劇えることから、セラミックス全セグメント状に分割し
て＠１１との接触葡線接触ｅこ近い状態にできるので。

気中運転時の発熱？低下でき、ま１こ分割された各セラ
ミックス片の間隙が取扱液中の異物の通路として利用で
きるので、それたけ摺動面が・昧膿されて１ｌ１１１摩
耗性が向上するばかりでなく、セラミックスを分割して
いるので、各局に人形の軸受にも適用でき、またセラミ
ックスに一体成形で製拝する必要がなくコスト的にも安
価となる等の効果會有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の車軸ポンプの、）↓（１１；ｌｉ面図、
第一図は第１図Ａ部の拡大断］用図、＋；ｉ４３１メ１
は軸受の拍動特性を示す線図、第Ｖ図は本発明の一実施
例の水中軸受を通用した支軸ボンノの縦断面図、第５図
は第弘図Ｂ都の拡大＋１ｊｒ　ｕｌＩ図、第Ａａ図ない
し第６Ｃ図は第５図のＶｌ　−Ｖｌ線断凹１で異なる実
施例金示す。 ｊ′・・・回転軸、　／Ａ・・・１ｉｌｌ受支え２１・
・・軸スリーブ、、２３・・・セラミックス。 、２Ｊａ、、２Ｊｂ、２３ｃ・・・セラミックス片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　液体中及び気体中で使用される水中軸受において
   、回転側部材をタングステンカーバイド′（ＷＯ）を含
   む超硬合金で、また固定側部材を窒化珪１ｔ（ＳｌａＮ
   ｎ）又は炭化珪素（Ｓｉｎ）のセラミックスでそれぞれ
   構成し、核セラミックスをセグメント状に分割して固定
   側部材の周１ｍに環状に配列して取υ付けたことを特徴
   とする水中軸受。 ２　起動時及び停止時に水中軸受部が気体中におかれ無
   潤滑条件下で運転される水中軸受において、軸佃部拐を
   タングステンカーバイド′を宮む超硬合金で、また軸受
   側部材を鷺化珪素又は炭化珪素のセラミックスでそれぞ
   れ構成し、該セラミックスをセグメント状に分割して軸
   受側部相の周面に環状に配列して取り伺けた特許請求の
   札囲！：１′Ｊ１項記載の水中軸受。 ３　セグメント状に分割された各セラミックス片を、断
   面円形に形成した特許請求の範囲第１項記載の水中軸受
   。 ≠　セグメント状に分割された各セラミックス片を、断
   面梯形に形成した特許請求の範囲第１項記載の水中軸受
   。 よ　セグメント状に分割された各セラミックス片を、断
   面矩形状に形成した特ｉｆ”ｌ−請求の範囲第１項記載
   の水中軸受。