JP2017032133A - 回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルリングを用いないで、適切に潤滑油を軸受に供給することができる潤滑油供給システムを備えた回転機械を提供する。
【解決手段】回転機械は、回転軸１と、回転軸１を回転自在に支持する軸受１５と、軸受１５を収容する軸受ハウジング６と、軸受１５の下方に配置された潤滑油槽１０と、軸受１５を向いて配置された潤滑油供給ノズル１３と、潤滑油槽１０と潤滑油供給ノズル１３とを接続する潤滑油移送管１１と、潤滑油移送管１１に取り付けられた循環ポンプ１２と、回転軸１の回転とは独立して循環ポンプ１２を駆動することができるアクチュエータ１９とを備える。潤滑油槽１０、潤滑油供給ノズル１３、潤滑油移送管１１、および循環ポンプ１２は、軸受ハウジング６内に収容されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を回転自在に支持する軸受を備えた回転機械に関するものである。

回転機械には、回転軸を回転自在に支持するための軸受装置が設置される。この軸受装置として、オイルリングを用いた自己潤滑式軸受装置が知られている。この自己潤滑式軸受装置は、回転軸に支持されたオイルリングが回転軸の回転に追随して回転し、軸受の下方に配置された潤滑油槽内の潤滑油をオイルリングによってかき上げて潤滑油を軸受に供給するというものである。

特開２００２−２２０９５号公報 特開昭６２−７２９９５号公報

しかしながら、オイルリングを回転させる力は、回転軸とオイルリングとの摩擦によって発生するため、潤滑油を適切に供給することができる回転軸の周速には上限（例えば、軸受の周速が１８ｍ／ｓ以下）が存在する。つまり、回転軸の周速が大きいと、オイルリングは回転軸の回転に追随できなくなり、十分な量の潤滑油を軸受に供給できない。加えて、回転軸の周速が大きすぎると、オイルリングの摩耗が促進され、オイルリングの交換頻度が高くなる。

潤滑油を強制的に軸受に供給する強制給油装置を回転機械の外部に設置することも考えられるが、強制給油装置を設置するためには大きなスペースが必要となる。さらに、強制給油装置と回転機械との間で潤滑油を循環させるための循環ラインが長くなり、多量の潤滑油が必要となる。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、オイルリングを用いないで、適切に潤滑油を軸受に供給することができる潤滑油供給システムを備えた回転機械を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸受ハウジングと、前記軸受の下方に配置された潤滑油槽と、前記軸受を向いて配置された潤滑油供給ノズルと、前記潤滑油槽と前記潤滑油供給ノズルとを接続する潤滑油移送管と、前記潤滑油移送管に取り付けられた循環ポンプと、前記回転軸の回転とは独立して前記循環ポンプを駆動することができるアクチュエータとを備え、前記潤滑油槽、前記潤滑油供給ノズル、前記潤滑油移送管、および前記循環ポンプは、前記軸受ハウジング内に収容されていることを特徴とする回転機械である。

本発明の好ましい態様は、前記潤滑油に含まれる異物を除去するためのフィルタが前記潤滑油移送管に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記潤滑油供給ノズルは、スプレーノズル、ミストノズル、または滴下ノズルであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記潤滑油槽内には、前記潤滑油の温度を調整する温度調整器が配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記アクチュエータは、前記循環ポンプを間欠的に駆動することができることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転によって駆動される第２のポンプをさらに備え、前記第２のポンプは、連結管により前記潤滑油移送管および前記潤滑油槽に接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２のポンプは、ギヤポンプであることを特徴とする。

本発明によれば、回転軸の回転とは独立してアクチュエータによって循環ポンプを駆動して、潤滑油槽内の潤滑油を、潤滑油供給ノズルから軸受に供給することができる。したがって、適切に潤滑油を軸受に供給することができる。さらに、回転機械の外部に強制給油装置を設置する場合と比較して、潤滑油移送管の長さを短くすることができる。したがって、循環ポンプと潤滑油供給ノズルとの間を循環するために必要な潤滑油の量を少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係る回転機械を示す模式断面図である。 他の実施形態に係る回転機械を示す模式断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態では、回転機械の一例としてポンプについて説明するが、回転機械はポンプに限定されない。回転機械の他の例として、コンプレッサやブロワなどを挙げることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る回転機械を示す模式断面図である。回転機械は、回転軸１と、回転軸１に固定される複数の羽根車２と、回転軸１を回転自在に支持する軸受１５（スラスト軸受および／またはラジアル軸受）とを備えている。回転軸１の大部分および複数の羽根車２はケーシング５内に収容されている。本実施形態において、４つの羽根車２が設けられているが、羽根車２の数はこの実施形態に限定されない。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。回転軸１の回転とともに羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体がケーシング５内に導入され、複数の羽根車２の回転により順次昇圧され、吐出口４から吐出される。

図１に示すように、回転機械はその内部に潤滑油循環システム９を備えている。軸受１５および潤滑油循環システム９は軸受ハウジング６内に収容されている。回転軸１の一部も軸受ハウジング６内に収容されている。軸受１５の種類は特に限定されず、軸受１５として、例えば転がり軸受やすべり軸受を使用することができる。潤滑油循環システム９は、軸受１５を潤滑する潤滑剤としての潤滑油を貯留する潤滑油槽１０と、潤滑油槽１０内の潤滑油を移送する潤滑油移送管１１と、潤滑油移送管１１に取り付けられた循環ポンプ１２とを備えている。潤滑油槽１０は、回転軸１の下方に配置されている。本実施形態では、潤滑油槽１０は軸受ハウジング６と別個に設けられているが、潤滑油槽１０は軸受ハウジング６と一体でもよい。

潤滑油移送管１１の一端は潤滑油槽１０に接続されている。より具体的には、潤滑油移送管１１の一端は、潤滑油槽１０の底面よりも上方の位置で潤滑油槽１０の側壁に接続されている。このような位置に潤滑油移送管１１が接続されているので、潤滑油槽１０の底部に溜まった異物が潤滑油移送管１１内に導入されることを防止することができる。

潤滑油移送管１１の他端は、潤滑油を軸受１５に供給するための潤滑油供給ノズル１３に接続されている。潤滑油移送管１１は潤滑油槽１０から潤滑油供給ノズル１３まで延びており、潤滑油槽１０と潤滑油供給ノズル１３とを接続している。潤滑油供給ノズル１３は、その供給口が軸受１５を向いた状態で、軸受１５の上方に配置されている。潤滑油槽１０は、軸受１５の下方に配置されている。潤滑油供給ノズル１３として、潤滑油を軸受１５にスプレーするスプレーノズルや、ミスト状の潤滑油を軸受１５に噴出するミストノズルや、潤滑油を軸受１５に滴下する滴下ノズルを使用することができる。

潤滑油に含まれる異物を除去するためのフィルタ１７が潤滑油移送管１１に取り付けられている。このフィルタ１７は、潤滑油槽１０と循環ポンプ１２との間に位置している。本実施形態では、フィルタ１７が設けられているので、潤滑油移送管１１は潤滑油槽１０の底部に接続されてもよい。さらに潤滑油移送管１１には、潤滑油移送管１１の流路を開閉する開閉弁１８が取り付けられている。この開閉弁１８は、循環ポンプ１２と潤滑油供給ノズル１３との間に位置している。潤滑油移送管１１には、潤滑油移送管１１の流路を開閉する開閉弁２１をさらに取り付けてもよい。開閉弁２１はフィルタ１７と潤滑油槽１０との間に位置している。開閉弁１８，２１を閉じることにより、循環ポンプ１２を潤滑油移送管１１から切り離すことができるので、循環ポンプ１２のメンテナンスを行うことができる。

循環ポンプ１２には、循環ポンプ１２を駆動するための電動機などのアクチュエータ１９が接続されている。循環ポンプ１２は例えば小流量ポンプである。アクチュエータ１９は回転軸１の回転とは独立して循環ポンプ１２を駆動することができるように構成されている。アクチュエータ１９によって循環ポンプ１２が駆動されると、潤滑油槽１０内の潤滑油は潤滑油移送管１１を通じて潤滑油供給ノズル１３まで移送され、潤滑油供給ノズル１３から軸受１５に供給される。潤滑油槽１０は軸受１５の下方に位置しているため、軸受１５に供給された潤滑油は潤滑油槽１０内に落下する。

潤滑油槽１０内には、潤滑油の温度を調整する温度調整器２０が配置されている。温度調整器２０は潤滑油の温度を検出する温度センサ（図示しない）を備えている。温度調整器２０は、温度センサによって検出された潤滑油の温度に基づいて、潤滑油の温度が目標温度に維持されるように潤滑油槽１０内の潤滑油の温度を調整する。潤滑油の粘性は潤滑油の温度に依存して変わりうるため、潤滑油の温度を一定に制御することにより、潤滑油槽１０内の潤滑油をスムーズに軸受１５に供給することができる。

さらに、潤滑油の目標温度を変えることによって潤滑油の粘性を制御して、潤滑油が軸受１５に滞在する時間を制御することも可能である。具体的には、潤滑油の目標温度を低く設定すれば、潤滑油の粘性は増加し、潤滑油が軸受１５に滞在する時間は長くなる。潤滑油の目標温度を高く設定すれば、潤滑油の粘性は低下し、潤滑油が軸受１５に滞在する時間は短くなる。

本実施形態によれば、アクチュエータ１９は、回転軸１の回転とは独立して循環ポンプ１２を駆動することが可能である。したがって、回転機械を駆動する前、つまり、回転軸１を回転させる前に、アクチュエータ１９によって循環ポンプ１２を駆動して、潤滑油を軸受１５に供給することができる。さらに、回転機械を停止するまで、つまり、回転軸１の回転を停止させるまで、循環ポンプ１２を駆動し続け、潤滑油を軸受１５に供給することができる。このように、回転軸１を回転させる前に、および／または回転軸１の回転を停止させるまで、循環ポンプ１２が軸受１５に潤滑油を供給することにより、潤滑油の給油量の不足に起因する軸受１５の損傷（焼き付き）を防止することができる。

潤滑油の供給方法として、ターボ形ポンプ等の循環ポンプ１２を連続的に運転して、所定量の潤滑油を連続的に軸受１５に供給してもよいし、潤滑油を間欠的に軸受１５に供給してもよい。潤滑油を間欠的に供給する方法として、所定の時間間隔で、アクチュエータ１９によって循環ポンプ１２を間欠的に駆動してもよい。所定の時間間隔は回転軸１の回転速度に基づいて決定される。

回転軸とオイルリングとの摩擦力を動力とする従来の自己潤滑式軸受装置では、回転軸の回転速度、回転軸とオイルリングとの接触状態、潤滑油の粘度（温度などによる粘性変化）、オイルリングを使用することによる表面性状変化など、種々の条件が変動することで潤滑油の供給量を所要の状態に制御すること（つまり、実際に所望の給油量が供給されているかどうかを判別すること）が困難であった。本実施形態によれば、循環ポンプ１２によって、所望の流量で潤滑油を軸受１５に供給することができ、さらに潤滑油供給ノズル１３によって所望の箇所に潤滑油を供給することができる。したがって、回転軸１の周速にかかわらず、適切に潤滑油を軸受に供給することができる。

さらに、本実施形態によれば、潤滑油槽１０、潤滑油供給ノズル１３、潤滑油移送管１１、循環ポンプ１２、およびアクチュエータ１９を含む潤滑油循環システム９は軸受ハウジング６内に収容されているため、回転機械の外部に強制給油装置を設置する必要はない。さらに、外部に強制給油装置を設置する場合と比較して、潤滑油移送管１１の長さを短くすることができる。したがって、循環ポンプ１２と潤滑油供給ノズル１３との間を循環するために必要な潤滑油の量を少なくすることができる。

図２は他の実施形態に係る回転機械を示す模式断面図である。図２において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。本実施形態では、潤滑油循環システム９は、回転軸１の回転によって駆動される第２のポンプ２５をさらに備えている。第２のポンプ２５として、例えば、回転軸１の回転と連動して駆動されるギヤポンプを使用することができる。

第２のポンプ２５は、駆動軸２６を介して回転軸１の端部に連結されている。したがって、第２のポンプ２５は、回転軸１の回転（すなわち、回転機械の駆動）と連動して運転される。第２のポンプ２５は、連結管３５によって潤滑油移送管１１および潤滑油槽１０に連結されている。連結管３５の一端は潤滑油槽１０の側壁に接続されており、他端は潤滑油移送管１１に連結されている。連結管３５には、フィルタ２７が取り付けられている。このフィルタ２７は潤滑油槽１０と第２のポンプ２５との間に位置している。

連結管３５に連結管３５の流路を開閉する開閉弁３１および開閉弁３８を取り付けてもよい。開閉弁３１はフィルタ２７と潤滑油槽１０との間に位置している。開閉弁３８は第２のポンプ２５の吐出側に位置している。開閉弁３１，３８を閉じることにより、第２のポンプ２５を連結管３５から切り離すことができるので、第２のポンプ２５のメンテナンスを行うことができる。

第２のポンプ２５が運転されると、潤滑油槽１０内の潤滑油は連結管３５および潤滑油移送管１１を通じて潤滑油供給ノズル１３まで移送され、潤滑油供給ノズル１３から軸受１５に供給される。潤滑油供給ノズル１３では圧力損失が発生するため、例えば、第２のポンプ２５が運転され、循環ポンプ１２が停止される場合、第２のポンプ２５によって移送された潤滑油は潤滑油移送管１１を逆流する。そこで、本実施形態では、潤滑油移送管１１および連結管３５には逆止弁３０，３２がそれぞれ取り付けられている。逆止弁３０は潤滑油移送管１１と連結管３５との接続点と循環ポンプ１２との間に位置しており、逆止弁３２は潤滑油移送管１１と連結管３５との接続点と第２のポンプ２５との間に位置している。逆止弁３０，３２を取り付けることにより、潤滑油の逆流を防止することができる。

第２のポンプ２５は回転軸１の回転と連動して動作するため、回転軸１を回転させる前に、潤滑油を軸受１５に供給することができない。そこで、回転軸１を回転させる前に、循環ポンプ１２を駆動して、軸受１５への潤滑油の供給を開始することが好ましい。その後、回転軸１の回転と連動して第２のポンプ２５が運転されると、潤滑油が第２のポンプ２５によって軸受１５に供給される。第２のポンプ２５が安定的に運転されると、循環ポンプ１２を停止させてもよい。

回転軸１の回転を停止させる直前では、回転軸１の回転速度が低下するため、第２のポンプ２５によって軸受１５に供給される潤滑油の給油量が低下する。したがって、回転軸１の回転を停止させる前に、循環ポンプ１２を駆動して、潤滑油を軸受１５に供給することが好ましい。本実施形態においても、回転軸１を回転させる前に、および／または回転軸１の回転を停止させるまで、軸受１５に潤滑油を供給することができるので、潤滑油の給油量の不足に起因する軸受１５の損傷（焼き付き）を防止することができる。なお、循環ポンプ１２を停止させずに、循環ポンプ１２および第２のポンプ２５を並行して運転してもよい。

上述した実施形態の潤滑油循環システム９は、水平に延びる回転軸１の外周に配置された軸受１５に潤滑油を供給するように構成されているが、潤滑油循環システム９は鉛直に延びる回転軸の外周に配置された軸受に潤滑油を供給してもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 回転軸
２ 羽根車
３ 吸込口
４ 吐出口
５ ケーシング
６ 軸受ハウジング
９ 潤滑油循環システム
１０ 潤滑油槽
１１ 潤滑油移送管
１２ 循環ポンプ
１３ 潤滑油供給ノズル
１５ 軸受
１７ フィルタ
１８ 開閉弁
１９ アクチュエータ
２０ 温度調整器
２１ 開閉弁
２５ 第２のポンプ
２６ 駆動軸
２７ フィルタ
３０，３２ 逆止弁
３１ 開閉弁
３５ 連結管
３８ 開閉弁

Claims (7)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受を収容する軸受ハウジングと、
   前記軸受の下方に配置された潤滑油槽と、
   前記軸受を向いて配置された潤滑油供給ノズルと、
   前記潤滑油槽と前記潤滑油供給ノズルとを接続する潤滑油移送管と、
   前記潤滑油移送管に取り付けられた循環ポンプと、
   前記回転軸の回転とは独立して前記循環ポンプを駆動することができるアクチュエータとを備え、
   前記潤滑油槽、前記潤滑油供給ノズル、前記潤滑油移送管、および前記循環ポンプは、前記軸受ハウジング内に収容されていることを特徴とする回転機械。
2. 前記潤滑油に含まれる異物を除去するためのフィルタが前記潤滑油移送管に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
3. 前記潤滑油供給ノズルは、スプレーノズル、ミストノズル、または滴下ノズルであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機械。
4. 前記潤滑油槽内には、前記潤滑油の温度を調整する温度調整器が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転機械。
5. 前記アクチュエータは、前記循環ポンプを間欠的に駆動することができることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回転機械。
6. 前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転によって駆動される第２のポンプをさらに備え、
   前記第２のポンプは、連結管により前記潤滑油移送管および前記潤滑油槽に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転機械。
7. 前記第２のポンプは、ギヤポンプであることを特徴とする請求項６に記載の回転機械。

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