JP3745396B2 - Water lubricated ceramic bearing device, pump and water wheel - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、河川水を潤滑剤として回転軸を支承するセラミック軸受装置と、これを利用したポンプ及び水車とに係り、特にセグメント型のセラミック軸受を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川水で潤滑して回転軸を支承する軸受装置にあっては、軸受材料として樹脂，ゴム，カーボン等をこれまで使用していた。しかし、これらの材料は、河川水のように土砂等の硬い粒子を含んだ水で潤滑すると、短時間で摩耗して使用できなくなるため、清水を給水手段により供給して潤滑する必要があった。
【０００３】
ところが、近年では、摺動材料として超硬合金やセラミックスの材料を組み合わせた軸受装置が開発されて実用に供され、雨水排水ポンプ等の主軸受に用いられるようになっている。このような軸受装置は河川水を潤滑剤とするものであり、しかも超硬合金やセラミックスでは硬度が土砂等よりも高いので、土砂等の硬い粒子を含んだ水で潤滑してもほとんど摩耗しない。そのため、上記したように樹脂やゴム等を用いた軸受装置に比較し、清水で潤滑することが不要になるばかりでなく、その給水手段も不要になり、しかもセラミックスの場合には特に主機のメンテナンスやランニングコストの点で軸受材料として極めて有効となる。
【０００４】
水潤滑のセラミック軸受装置の従来技術として、例えば特開平５−２２３１２１号公報（以下、第１の従来技術と云う），実開平３−６８６１２号公報（以下、第２の従来技術と云う）に示されるものがある。これらの従来技術では、何れも、軸受ケーシング内に配設された軸受部と、回転軸に固定されたスリーブとの間に初期（停止時）の段階から均等な隙間が存在し、その隙間に水膜が形成されることにより軸受部がスリーブを支持するように構成されている。従って、スリーブと軸受部とは初期の段階で均等な隙間（一般にＤ／１０００程度の値に設定される。Ｄはスリーブ摺動面直径を表す。）をもっているので、非接触状態で組み込まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来技術のセラミック軸受装置は、回転軸に固定されたスリーブと、軸受部との間に初期の段階から隙間が存在するので、その隙間に土砂等の硬い粒子が入り込むおそれがあり、そのため、以下に述べる問題がある。
【０００６】
即ち、河川水を潤滑剤とするセラミック軸受装置においては、例えば、ポンプ等に利用された場合、流体力が羽根及び回転軸を介し作用すると、隙間に形成される水膜厚さが、初期にものに比較し小さくなるため、回転軸に固定されたスリーブが流体力の作用方向に偏心し、軸受部の内面と摺動することとなる。しかし、流体力はポンプの運転状態により大きさや作用方向が常に変化するので、その流体力の変化に伴ってスリーブも同様に変化し、軸受部の内面で振れ回ることとなる。
【０００７】
その結果、スリーブと軸受部との間に存在する隙間に入り込んだ粒子は、スリーブ摺動面と軸受部との間で挟まれ、局部的に接触して荷重を受け、粉砕される場合がある。そして、粒子が粉砕されると両者間の接触部においては接触圧力が非常に大きくなり、軸受部の摺動面にクラックが発生し、損傷するおそれがある。
【０００８】
また、運転時、スリーブは流体力の作用方向に偏心傾斜すると、軸受部がスリーブに追従しようとするが、軸受部の慣性力により直ぐに傾斜せず、まず軸受部の下端面（或いは上端面）がスリーブと接触し、その際、軸受部の接触面に衝撃力が作用し、片当たり状態となるので、端部に亀裂が入り、割損を招くおそれもある。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、土砂等の硬い粒子が入り込むのを防止することができ、しかも流体力が作用しても、軸受が損傷するのを軽減できる水潤滑セラミック軸受装置を提供することにあり、他の目的は、上記水潤滑セラミック軸受装置を用い、高信頼性を得ることができるポンプ及び水車を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の水潤滑セラミック軸受装置においては、回転軸に固定されかつ外周面に超硬合金部を設けたスリーブと、該スリーブの外周位置に配置される軸受ケースと、該軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けると共に、外周部に軸受ケースの内周面部に向かい球状に膨出する突起部を突設した軸受と、該各々の軸受を求心方向に付勢させ、回転軸の停止時、各々の軸受のセラミック部をスリーブの超硬合金部に接触させる弾性手段とを有している。
【００１１】
また、本発明のポンプ及び水車においては、何れも、回転軸に固定されかつ外周面に超硬合金部を設けたスリーブと、該スリーブの外周位置に配置される軸受ケースと、該軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けると共に、外周部に軸受ケースの内周面部に向かい球状に膨出する突起部を突設した軸受と、該各々の軸受を求心方向に付勢させ、回転軸の停止時、各々の軸受のセラミック部をスリーブの超硬合金部に接触させる弾性手段とからなる水潤滑セラミック軸受装置を有している。
【００１２】
【作用】
本発明の水潤滑セラミック軸受装置では、上述の如く、回転軸の停止時、該回転軸に固定されたスリーブに各軸受のセラミック部を接触させているので、河川水に含まれている土砂等の硬い粒子がスリーブと夫々のセラミック部との間に入り込むことがない。しかも、回転軸の駆動によってスリーブが回転すると、スリーブとセラミック部との間の摺動面には動圧効果によって水膜が形成され、該水膜によりスリーブに作用する荷重を支持することとなるので、スリーブ，セラミック部の摺動面間に粒子が入り込んで噛み込んだりするのを防止することができる。
また、スリーブが回転すると、該スリーブが流体力の変化に伴いセラミック部の内周側で振れまわることとなる。しかし、上述の如く、軸受が弾性手段によって求心方向に付勢されると共に、軸受の外周部に球状をなす突起部が形成されているので、スリーブの振れまわりに対し、突起部と軸受ケースの内周面との接触部を支点として軸受が追従し、即ち、軸受７及びセラミック部がスリーブと常に平衡状態を保つことができ、軸受全体の慣性力の影響が少ない。そのため、スリーブがセラミック部の下端部（或いは上端部）に衝撃力が作用することがなく、片当たりが生じないので、従来技術に比較すると、片当たりによる衝撃荷重の悪影響を防止することができ、安定した摺動特性を得ることができる。
【００１３】
また、本発明のポンプ及び水車においては何れも、上述の如く、回転軸に固定されかつ外周面に超硬合金部を設けたスリーブと、該スリーブの外周位置に配置される軸受ケースと、該軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けると共に、外周部に軸受ケースの内周面部に向かい球状に膨出する突起部を突設した軸受と、該各々の軸受を求心方向に付勢させ、回転軸の停止時、各々の軸受のセラミック部をスリーブの超硬合金部に接触させる弾性手段とからなる水潤滑セラミック軸受装置を有しているので、土砂等の硬い粒子が入り込まずかつ摺動特性の良好な軸受装置により、ポンプ及び水車として高信頼性を得ることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１〜図１０により説明する。図１は本発明による水潤滑セラミック軸受装置を適用したポンプを示す概略図、図２は本発明による水潤滑セラミック軸受装置の第１の実施例を示す縦断面図である。
【００１５】
図１に示すポンプは、ポンプケーシング１の内部にセラミック軸受装置３を介し回転軸４が回転自在に支承され、その回転軸４の下部に羽根２が取付けられている。そして、回転軸４の駆動によって羽根２が回転すると、水が下方から吸い上げられ、ポンプケーシング１の内部に形成された流路１ａを経て上方に供給されるように構成されている。
【００１６】
このセラミック軸受装置３は、大別すると図２に示すように、回転軸４に固定されたスリーブ５と、その外周位置に配置される軸受ケース８と、これら軸受ケース８及びスリーブ５間に複数配設されたセグメント状の軸受７とを有して構成されている。
【００１７】
スリーブ５は回転軸４の途中位置に突設された大径部４ａに、その外周を被うように圧入し固定されている。このスリーブ５の外周部には後述する軸受とほぼ対応する位置に、軸受と摺接したときにその摺接に耐えうるような超硬合金部５ａが設けられている。本例では超硬合金部５ａとして、スリーブ５の外周部に形成された溝にタングステンをコーティングしているが、筒状に形成されたタングステンをそのままスリーブ５に圧入し固着してもよい。
軸受ケース８はほぼ筒状をなしており、図１及び図２に示すように、その軸方向の一端である上部に突設された鍔部８ａが、ポンプケーシング１の流路１ａの内側に形成された支持部１ｂに取付けられている。
【００１８】
セグメント状の軸受７は、軸受ケース８とスリーブ５との間において周囲に沿って複数配設され、本例では４個からなっている（後述する図５を参照のこと）。さらに詳細に述べると、この軸受７は、スリーブ５の超硬金属部５ａとの摺接面をなす内周面にセラミック部６を設けている。軸受７とセラミック部６との固定に際しては、両者の接合面に接着剤を塗布し、互いに密着固定させる。この場合、接着剤としては塗布後に硬化し、しかも金属体７とセラミック部６との材質の違いに拘わらず接着させることから、例えばエポキシ系接着剤，セラミックス系接着剤が好ましい。
【００１９】
軸受７は、その軸方向の両端部に溝７ａが形成され、該溝７ａに軸受ケース８に設けられた回り止めピン１０により、軸受ケース８とスリーブ５との間で周方向にずれることがないようにしている。そのため、回り止めピン１０が軸受ケース８の軸方向の両端部に固定されたカバー１１に取付けられ、該カバー１１は環状をなし、軸受７の軸方向の両端面と対向する位置まで張り出している。
また、軸受７の両端面には軸受ケース８に設けられた弾性体１２が密着され、該弾性体１２の弾性力により軸受７の軸方向の振れを吸収するようにしている。そのため、弾性体１２は環状に形成されたゴム材からなり、軸受ケース８の各カバー１１の端部に取付けられ、その端面が軸受７の両端面と接触している。
さらに軸受７の外周部には、その軸方向の中央部を軸受ケース８の内周面部に向かって膨出させ、球状をなす突起部７ｂが一体に形成されている。該突起部７ｂは、その頂部が軸受７の外周面における軸方向の中心部と一致するように配置されている。
【００２０】
そして、軸受７と軸受ケース８との間には、軸受を求心方向に付勢し得る弾性手段としてのコイルばね９が設けられている。該コイルばね９は図２に示すように、軸受７における突起部７ｂの周囲位置に設けられた溝７ｃと、軸受ケース８における前記溝７ｃと対向する位置との間に縮設され、初期時（停止時）において、その弾性力で軸受７，セラミック部６の双方を求心方向に付勢させることによりスリーブ５に対し適正な圧力をもって接触させ、しかも双方７，６の軸方向の長さの中心部を接触させるようにしている。この場合の接触力は、回転軸４の停止時ではセラミック部６をスリーブ５の超硬合金部５ａに接触させ、回転軸４の駆動時では、それと共にスリーブ５が回転したときに発生する動圧効果により、コイルばね９の弾性力に抗し、セラミック部６の内周面が超硬合金部５ａの外周面から離れ、該超硬合金５ａとセラミック部６との間に水膜を形成し得るのに必要な隙間を形成し得る程度の小さいものである。
【００２１】
またコイルばね９は、前述の如く接触させる一方、軸受７の突起部７ｂ及び軸受ケース８の内周面間に隙間を形成するようにしている。その際、突起部７ｂと軸受ケース８の内周面間の隙間は、回転軸４の駆動によってスリーブ４の回転時に動圧効果が発生し、該動圧効果によりスリーブ４とセラミック部６間に水膜が発生することから、水膜の厚さ程度の大きさが望ましいが、回転軸４の許容振動値により選定される。
【００２２】
実施例のセラミック軸受装置は、上記の如く、回転軸４の停止時、該回転軸４に固定されたスリーブ５にコイルばね９によって夫々の軸受７のセラミック部６を接触させているので、河川水に含まれている土砂等の硬い粒子がスリーブ５と夫々のセラミック部６との間に入り込むことがない。
しかも、回転軸４の駆動によってスリーブ５が回転すると、スリーブ５とセラミック部６との間の摺動面には動圧効果によって水膜が形成され、該水膜によりスリーブ５に作用する荷重を支持することとなるので、スリーブ５，セラミック部６の摺動面間に粒子が入り込んで噛み込んだりするのを防止することができる。
【００２３】
また、スリーブ５が回転すると、該スリーブ５が流体力の変化に伴いセラミック部６の内周側で振れまわることとなる。しかし、上述の如く、軸受７がコイルばね９によって求心方向に付勢されると共に、軸受７の外周部に球状をなす突起部７ｂが形成されているので、スリーブ５の振れまわりに対し、突起部７ｂと軸受ケース８の内周面との接触部を支点として軸受７が追従し、即ち、軸受７及びセラミック部６がスリーブ５と常に平衡状態を保つことができ、軸受全体の慣性力の影響が少ない。そのため、スリーブ５がセラミック部６の下端部（或いは上端部）に衝撃力が作用することがなく、片当たりが生じないので、従来技術に比較すると、片当たりによる衝撃荷重の悪影響を防止することができ、安定した摺動特性を得ることができる。
【００２４】
この安定した摺動特性を得た実験として、図３に軸受にステップ状の衝撃荷重を与えたときの摩擦トルクを測定した結果を示す。この場合、本発明では、前述した実施例と同様のものであって、セラミック部６を有する軸受７が炭化珪素で形成されて８個用い、スリーブ５の超硬合金５ａとしてタングステンでコーティングしたＷＣ系サーメット被膜を施している。同図から、本発明において、スリーブ５と軸受７との摺動面が接触しているものの、摩擦トルク曲線は荷重波形と同様であり、このことから衝撃荷重作用時においても安定した摺動特性を得ることがわかる。一方、スリーブと軸受との摺動面が非接触状態をなす従来例において、摩擦トルク曲線では、衝撃荷重作用時に急激に摩擦トルクの変化が見られ、衝撃荷重に対する影響が顕著に表れていることがわかる。
【００２５】
なお、セラミック部６を有する軸受７の場合、特に水潤滑条件においては起動摩擦係数が０．０１程度と小さい。そのため、起動時の摩擦トルクはセラミック部６のスリーブ５に対する接触圧力を低く設定すれば、コイルばね９によってセラミック部６をスリーブ５に対し接触させても、確実に小さくすることができる。
【００２６】
また、セラミック部６は耐摩耗性に優れているため、スリーブ５と接触摺動させても、ほとんど損傷しないことが実験で確認されている。
【００２７】
図４及び図５に本発明によるセラミック軸受装置の第２の実施例を示す。
この実施例において、前記第１の実施例と異なるのは軸受ケース８の外周に弾性体１３を介し軸受ケーシング１４を設けた点にある。
【００２８】
軸受ケース８は基本的には第１の実施例と同様の形状であり、図５に示すように、回転軸４に固定されたスリーブ５との間で四個の軸受を配設している。夫々の軸受７はセラミック部６を設け、また球状をなす突起部７ｂを設けて構成されている。
【００２９】
そして、軸受ケース８の外周部に弾性体１３を介し軸受ケーシング１４が取付けられている。この場合、弾性体１３の取付けに際しては、接着剤で固定している。弾性体１３はゴム材からなっており、スリーブ５の回転によって衝撃力が径方向に作用したとき、その衝撃力を弾性力で吸収することにより、スリーブ５の片当たりによる影響をいっそう緩和するこできるようにしている。軸受ケーシング１４の外周部には鍔部１４ａが突設され、この鍔部１４ａがポンプケーシング１に取付けられることとなる。
【００３０】
この実施例によれば、基本的には前述した第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる他、軸受ケース８の外周面に弾性体１３を介し軸受ケーシング１４が取付られ、スリーブ５の回転によって生じる衝撃力を、弾性体１３により吸収し緩和し得るので、軸受のスリーブ５に対する耐荷重性をいっそう向上させることができ、それだけ軸受装置としての高信頼性を得ることができる。
【００３１】
さらに、図１乃至図５に示す何れの実施例とも、軸受７の外周部に軸受ケース８に向かい球状に膨出する突起部７ｂを形成し、該突起部７ｂの頂部が軸受ケース８と当接することによってピボットとして機能し、軸受７の調心機能を果たすので、第１の従来技術に比較すると、その調心機能を持たせるため軸受ケースに突起をいちいちねじ込んで設けることが不要になるばかりでなく、その突起と対向する位置に溝を設けることも不要になるので、それだけ軸受の製作を確実に容易に行うことができる。
【００３２】
図６及び図７は本発明による軸受装置の第３，第４の実施例を夫々示す。これらにおいては、軸受７を求心方向に付勢させ、かつ該軸受７のセラミック部６をスリーブ５の超硬合金５ａに対し適正に接触し得る弾性手段として、コイルばね９と異なる部材を用いたものである。
【００３３】
即ち、図６に示す実施例では、弾性手段としてゴム紐９１を用い、該ゴム紐９１の弾性力で軸受７をスリーブ５に接触させる。このゴム紐９１は、断面形状が角形をしているが、丸形形状であっても良く、特に断面形状は限定されるものではない。また、軸受７とスリーブ５との接触圧力は、ゴム紐９１の硬さや周長（接触圧力が０の場合の長さを測定し、接触圧力に相当する寸法分だけ短く設定する）を変えることにより調節することができる。さらに、ゴム紐９１の材質としては、耐油性を有するものが好ましく、本例では河川水等で一般にＮＢＲを使用しているが、これも特に限定されるものではない。
図７に示す実施例では、弾性手段として引張りコイルばね９２を用い、これを二組使用することによって構成したものであり、基本的には図２，図４，図６に示す実施例と同様である。
【００３４】
なお、これまで説明した図４乃至図７に示す図示実施例では、軸受７が何れも４個配設された例を示したが、その個数はスリーブ５の直径で決まるので、図示実施例に限定されるものではない。また、水潤滑軸受装置ではスリーブ超硬合金部５ａの摺動面の曲率半径に対し、軸受７のセラミック部６の摺動面の曲率半径を僅かに大きくして、セラミック部６と超硬合金部５との摺動面を互いに全面に亘って接触させることができる。さらに、突起部７ｂが軸受７の外周部において軸方向の中央部であってかつ軸受７の外周中央部に突設された例を示したが、これは回転軸４が正，逆回転するものを対象としたものであり、一方向にしか回転しない回転軸に適用する場合には、軸方向の中央部であってかつ軸受７の外周において前方位置となるよう回転方向にずらして設けるのが好ましく、従って、回転方向によって突起部の位置が決定されるものである。
【００３５】
なお、これまでの図示実施例では、軸受装置３が何れもポンプに適用した例を示したが、水車に適用しても同様の効果を得ることができる。その場合、第１の実施例では軸受ケース８を、第２〜第４の実施例では軸受ケーシング１４の夫々を水車の固定部材に取付けることによって利用することができる。
【００３６】
次に、本発明に軸受装置を水車に適用した場合について述べる。
即ち、水車は図１０に示すように、回転軸４０と、回転軸４０の下部に固定されたランナ４１と、ランナ４１の上部に配置され、回転軸４０を挿通する固定体４２と、該固定体４２に回転軸４０を回転自在に支承する本実施例のセラミック軸受装置３０とを有している。固定体４２は中空形状をなしており、その天板部４３に前記軸受３０を介し回転軸４０を支承すると共に、その上カバー４４と回転軸４０間に軸封装置４５を設けている。また、固定体４２の上カバー４４と下カバー４５とでケーシング４６が形成され、ケーシング４６からランナ４１に流入する水の流量が、ガイドベーン４７によって調整される。ガイドベーン４７は天板部４３上に設けられたガイドリング４８と連結され、サーボモータ４９により駆動される。
【００３７】
そして、このセラミック軸受装置３０は、大別すると、スリーブ５０と、軸受ケース８０と、軸受７０と、圧力調整機構とを備えている。
【００３８】
スリーブ５０は、図８及び図９に示すように、回転軸４０の周囲に沿って二分割され、その分割された互いの軸方向の両端部がボルト１８により締結されて、回転軸４０の周囲を被っている。このスリーブ５０の外周部における軸受７０との摺動面には第１〜第４の実施例と同様に超硬合金部５０ａが設けられている。軸受ケース８０は、図９に示すように筒形をなしており、その軸方向の両端（上下）には図８に示すように、軸受７０の両端面まで張り出す板ばね２０ａ，２０ｂが取付けられ、該板ばね２０ａ，２０ｂの弾性力により軸受７０の軸方向のずれを吸収しかつ緩和するようにしている。軸受７０はスリーブ５０と軸受ケース８０との間に周囲に沿って四個配設され、スリーブ５０の超硬合金部５０ａとの摺動面には第１〜第４の実施例と同様にセラミック部６０を設けている。
【００３９】
前記圧力調節機構は、軸受７０の外周面においてその軸方向及び周方向の中央部に互いに対向する対向壁７１が突設されると共に、その対向壁７１間に適宜の深さをなす溝７２が形成され、その溝７２にコイルばね９０が設けられている。
【００４０】
さらに軸方向の両端部にピボット２３が取付けられている。
【００４１】
一方、軸受ケース８０には軸受７０のコイルばね９０と対応する位置に調整体２１が半径方向に沿って移動可能に取付けられている。該調整体２１は、図８及び図９に示すように、先端が球状部２１ａをなし、かつ他端部の外周にねじ部２１ｂを刻設すると共に、その他端面に回転させるための溝２１ｃを有するボルトで構成され、軸受ケース８０に設けたねじ穴８０ａにねじ込まれることにより、軸受８０を挿通し、しかも半径方向に移動できるようにしている。そして、軸受ケース８０にねじ込まれた調整体２１の球状部２１ａが、板ばね２２を介しコイルばね９０を押圧することにより、該コイルばね９０の弾性力で軸受７０のセラミック部６をスリーブ５０に接触させ、これによってスリーブ５０に対する各軸受７０の接触圧力を調節する。この場合、調整体２１の移動は、該調整体２１の溝２１ｃに六角棒等の工具を差し込んで回すことにより行う。
【００４２】
板ばね２２は、軸受７０，軸受ケース８０間においては、各軸受７０の対向壁７１間でコイルばね９０と調整体２１の球状部２１ａとの間に介在され、軸方向においては各軸受７０の外周部の両端部に取付けられたピボット２３間に係合しており、調整体２１によって押されたとき、対向壁７１間でピボット２３と２３との間の中央に位置するコイルばね９０を押圧することにより、各軸受７０に調心機能をもたせるようにしている。そのため、ピボット２３と２３とは、互いに各軸受７０の外周面において、溝７２から軸方向に沿って等距離の位置にねじ込んで固定され、その頭部が球面状をなしている。
なお、符号２４は調整体２１を固定するためのナットである。
【００４３】
実施例によれば、回転軸４０の停止時、圧力調整機構により各軸受７０をスリーブ５０に接触させるので、基本的には第１〜第４の実施例と同様の作用効果を得ることができる。これに加え、圧力調整機構がコイルばね９０と調整体２１と板ばね２２とを有し、調整体２１を軸受ケース８０の外部から調節することにより、スリーブ５０に対する軸受７０の接触力を調節できるので、軸受７０を据付けたときの調整作業が容易となる。しかも、スリーブ５０が分割された形状をなしているので、特に水車のように大径をなす回転軸４０に装着する場合、一体のもののように回転軸４０に圧入することが不要になるので、回転軸４０の取付け位置にそのまま直接取付けることができ、従って、着脱が容易となるので、組立及び分解が極めて良好となる。
【００４４】
なお、図示実施例の軸受装置３０は、水車に利用した場合を示したが、軸受ケース８０を図１に示す如きポンプケーシング１に取付け、ポンプに適用しても同様の効果を得ることができるのは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１〜４によれば、回転軸の停止時、軸受のセラミック部を、回転軸に固定されたスリーブの超硬合金部に接触させ、回転軸の回転時、スリーブと軸受のセラミック部間に水膜させるように構成したので、河川水に含まれている土砂などの硬い粒子がスリーブとセラミック部間に入り込むことがないばかりでなく、両者間の摺動面間で粒子の噛み込みを防止することができ、またスリーブの片当たりによる衝撃荷重の悪影響を防止し、安定した摺動特性を得ることができる結果、破損するおそれがなくかつ軸受特性に優れた効果を得ることができる。そして、請求項６〜１７によれば、請求項１〜４と同様の軸受装置を有しているので、土砂等の硬い粒子が入り込まずかつ摺動特性の良好な軸受装置により、ポンプ及び水車として高信頼性を得ることができる。
【００４６】
また、請求項６〜１０によれば、破損するおそれがなくかつ軸受特性に優れた軸受装置を有するので、高信頼性のポンプを提供することができ、請求項１２〜１６によれば、同様の理由により高信頼性の水車を得ることができる。
さらに、請求項３，４，９，１０，１５，１６によれば、スリーブに対する軸受セラミック部の接触圧を軸受の外部から微妙に調節し得るので、調節作業が容易となる効果もあり、特に請求項４，１０，１６では、スリーブが分割形成されているので、大径の回転軸であっても、スリーブの分解及び組立を容易に行うことができる他、メインテナンスも良好となるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水潤滑セラミック軸受装置を適用した排水ポンプを示す概略図。
【図２】本発明による水潤滑セラミック軸受装置の第１の実施例を示す要部の断面図。
【図３】本発明の水潤滑セラミック軸受装置と従来技術の軸受装置との摩擦トルクを夫々測定した結果を示す説明図。
【図４】本発明の水潤滑セラミック軸受装置の第２の実施例を示す要部の断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図。
【図６】本発明の水潤滑セラミック軸受装置の第３の実施例を示す断面図。
【図７】本発明の水潤滑セラミック軸受装置の第４の実施例を示す断面図。
【図８】本発明の水潤滑セラミック軸受装置の他の実施例を示す要部の断面図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に相当する断面図。
【図１０】水潤滑セラミック軸受装置を水車に適用した状態を示す概略説明図。
【符号の説明】
１…ポンプケーシング、２…羽根、３，３０…セラミック軸受装置、４，４０…回転軸、５，５０…スリーブ、５ａ，５０ａ…超硬合金部、６，６…セラミック部、７，７０…軸受、７ａ…突起部、８，８０…軸受ケース、９，９０…コイルばね、９１…ゴム紐、９２…引張りコイルばね、１３…弾性物質、１４…軸受ケーシング、２１…調整体、２２…板ばね。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a ceramic bearing device that supports a rotating shaft using river water as a lubricant, and a pump and a water turbine using the ceramic bearing device, and more particularly, to one having a segment type ceramic bearing.
[0002]
[Prior art]
For bearing devices that are lubricated with river water to support the rotating shaft, resin, rubber, carbon, etc. have been used as bearing materials. However, when these materials are lubricated with water containing hard particles such as earth and sand like river water, they cannot be used after being worn in a short time. .
[0003]
However, in recent years, a bearing device in which a cemented carbide or a ceramic material is combined as a sliding material has been developed and put into practical use, and is used for a main bearing such as a rainwater drainage pump. Such bearing devices use river water as a lubricant, and cemented carbides and ceramics are harder than earth and sand, so they hardly wear even when lubricated with water containing hard particles such as earth and sand. . Therefore, as compared with the bearing device using resin, rubber or the like as described above, it is not only necessary to lubricate with clean water, but also the water supply means is not required, and in the case of ceramics, maintenance of the main machine is particularly required. And is extremely effective as a bearing material in terms of running costs.
[0004]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-223121 (hereinafter referred to as the first prior art) and Japanese Utility Model Publication No. 3-68612 (hereinafter referred to as the second prior art) as conventional techniques of the water-lubricated ceramic bearing device. There is what is shown. In each of these conventional techniques, there is a uniform gap from the initial stage (when stopped) between the bearing portion disposed in the bearing casing and the sleeve fixed to the rotary shaft. The bearing is configured to support the sleeve by forming a water film. Accordingly, since the sleeve and the bearing portion have a uniform gap (generally set to a value of about D / 1000. D represents the diameter of the sleeve sliding surface) at the initial stage, the sleeve and the bearing portion are incorporated in a non-contact state. Yes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the ceramic bearing device of the prior art has a gap from the initial stage between the sleeve fixed to the rotating shaft and the bearing portion, so there is a risk that hard particles such as earth and sand may enter the gap. Therefore, there are problems described below.
[0006]
That is, in a ceramic bearing device using river water as a lubricant, for example, when used in a pump or the like, when the fluid force acts through the blades and the rotating shaft, the water film thickness formed in the gap is initially reduced. Since it becomes smaller than that of the sleeve, the sleeve fixed to the rotating shaft is eccentric in the direction of the fluid force and slides with the inner surface of the bearing portion. However, since the magnitude and direction of the fluid force always change depending on the operation state of the pump, the sleeve also changes in accordance with the change of the fluid force and swings around the inner surface of the bearing portion.
[0007]
As a result, particles that have entered a gap existing between the sleeve and the bearing portion may be sandwiched between the sleeve sliding surface and the bearing portion, locally contacted to receive a load, and be crushed. . When the particles are pulverized, the contact pressure becomes very large at the contact portion between the two, and the sliding surface of the bearing portion may crack and be damaged.
[0008]
In operation, when the sleeve is eccentrically inclined in the direction of the fluid force, the bearing portion tries to follow the sleeve, but it is not immediately inclined due to the inertia force of the bearing portion. First, the lower end surface (or upper end surface) of the bearing portion Contacts with the sleeve, and at that time, an impact force acts on the contact surface of the bearing portion, resulting in a one-sided contact state.
[0009]
An object of the present invention is to provide a water-lubricated ceramic that can prevent the entry of hard particles such as earth and sand, and can reduce damage to the bearing even when a fluid force is applied, in view of the problems of the prior art. Another object of the present invention is to provide a pump and a water turbine that can obtain high reliability using the water-lubricated ceramic bearing device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the water-lubricated ceramic bearing device of the present invention, a sleeve fixed to the rotating shaft and provided with a cemented carbide portion on the outer peripheral surface, a bearing case disposed at the outer peripheral position of the sleeve, and between the bearing case and the sleeve A plurality of bearings arranged along the circumferential direction, each provided with a ceramic portion on the sliding contact surface with the sleeve, and a bearing having a protruding portion protruding in a spherical shape toward the inner peripheral surface portion of the bearing case on the outer peripheral portion; Each bearing is biased in the centripetal direction, and has elastic means for bringing the ceramic portion of each bearing into contact with the cemented carbide portion of the sleeve when the rotary shaft is stopped.
[0011]
In the pump and the water wheel of the present invention, both of the sleeve fixed to the rotating shaft and provided with the cemented carbide portion on the outer peripheral surface, the bearing case disposed at the outer peripheral position of the sleeve, the bearing case, Plurally arranged along the circumferential direction between the sleeves, each provided with a ceramic part on the sliding contact surface with the sleeve, and a protruding part protruding in a spherical shape toward the inner peripheral surface part of the bearing case on the outer peripheral part A water-lubricated ceramic bearing device comprising a bearing and elastic means for biasing each of the bearings in a centripetal direction and bringing the ceramic portion of each bearing into contact with the cemented carbide portion of the sleeve when the rotary shaft is stopped ing.
[0012]
[Action]
In the water-lubricated ceramic bearing device of the present invention, as described above, when the rotary shaft is stopped, the ceramic portion of each bearing is brought into contact with the sleeve fixed to the rotary shaft. Hard particles do not enter between the sleeve and the respective ceramic part. In addition, when the sleeve is rotated by driving the rotating shaft, a water film is formed on the sliding surface between the sleeve and the ceramic portion by a dynamic pressure effect, and the load acting on the sleeve is supported by the water film. Therefore, it is possible to prevent particles from entering between the sliding surfaces of the sleeve and the ceramic portion.
Further, when the sleeve rotates, the sleeve swings on the inner peripheral side of the ceramic portion as the fluid force changes. However, as described above, the bearing is urged in the centripetal direction by the elastic means, and a spherical protrusion is formed on the outer periphery of the bearing. The bearing follows the contact portion with the inner peripheral surface as a fulcrum, that is, the bearing 7 and the ceramic portion can always maintain an equilibrium state with the sleeve, and the influence of the inertia force of the entire bearing is small. For this reason, the sleeve does not exert an impact force on the lower end (or upper end) of the ceramic portion and does not cause a piece of contact. Therefore, compared with the prior art, it is possible to prevent the adverse effect of the impact load caused by the piece. Stable sliding characteristics can be obtained.
[0013]
Further, in the pump and the water wheel of the present invention, as described above, the sleeve fixed to the rotating shaft and provided with the cemented carbide portion on the outer peripheral surface, the bearing case disposed at the outer peripheral position of the sleeve, A plurality of parts are arranged along the circumferential direction between the bearing case and the sleeve, each of which is provided with a ceramic part on the sliding contact surface with the sleeve, and a protruding part which bulges spherically toward the inner peripheral surface part of the bearing case on the outer peripheral part. A water-lubricated ceramic bearing device comprising projecting bearings and elastic means for urging each of the bearings in a centripetal direction and bringing the ceramic portion of each bearing into contact with the cemented carbide portion of the sleeve when the rotary shaft is stopped Therefore, it is possible to obtain high reliability as a pump and a water turbine by a bearing device that does not contain hard particles such as earth and sand and has good sliding characteristics.
[0014]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view showing a pump to which a water-lubricated ceramic bearing device according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the water-lubricated ceramic bearing device according to the present invention.
[0015]
In the pump shown in FIG. 1, a rotary shaft 4 is rotatably supported in a pump casing 1 via a ceramic bearing device 3, and a blade 2 is attached to a lower portion of the rotary shaft 4. When the blades 2 are rotated by driving the rotary shaft 4, the water is sucked from below and supplied upward through a flow path 1 a formed inside the pump casing 1.
[0016]
As shown in FIG. 2, the ceramic bearing device 3 is roughly divided into a sleeve 5 fixed to the rotary shaft 4, a bearing case 8 disposed at the outer peripheral position thereof, and a plurality of the bearings 8 and the sleeve 5. A segmented bearing 7 is provided.
[0017]
The sleeve 5 is press-fitted and fixed to a large-diameter portion 4a projecting from the midway position of the rotary shaft 4 so as to cover the outer periphery thereof. A cemented carbide portion 5a is provided on the outer peripheral portion of the sleeve 5 at a position substantially corresponding to a bearing described later so as to withstand the sliding contact with the bearing. In this example, tungsten is coated on the groove formed in the outer peripheral portion of the sleeve 5 as the cemented carbide portion 5a. However, tungsten formed in a cylindrical shape may be pressed into the sleeve 5 as it is and fixed.
The bearing case 8 has a substantially cylindrical shape, and as shown in FIGS. 1 and 2, a flange portion 8 a protruding from the upper portion, which is one end in the axial direction, is formed inside the flow path 1 a of the pump casing 1. It is attached to the formed support portion 1b.
[0018]
A plurality of segment-shaped bearings 7 are arranged along the periphery between the bearing case 8 and the sleeve 5, and in this example, the number of the bearings 7 is four (see FIG. 5 described later). More specifically, the bearing 7 is provided with a ceramic portion 6 on an inner peripheral surface that forms a sliding contact surface with the super hard metal portion 5 a of the sleeve 5. When the bearing 7 and the ceramic portion 6 are fixed, an adhesive is applied to the joint surface between the bearing 7 and the ceramic portion 6 so as to be closely fixed to each other. In this case, as the adhesive, for example, an epoxy-based adhesive or a ceramic-based adhesive is preferable because it is cured after application and is bonded regardless of the material difference between the metal body 7 and the ceramic portion 6.
[0019]
The bearing 7 is formed with grooves 7 a at both ends in the axial direction, and the groove 7 a can be displaced in the circumferential direction between the bearing case 8 and the sleeve 5 by a detent pin 10 provided in the bearing case 8. I am trying not to. Therefore, the detent pin 10 is attached to a cover 11 fixed to both end portions of the bearing case 8 in the axial direction. The cover 11 has an annular shape and projects to a position facing both end surfaces of the bearing 7 in the axial direction. .
The elastic body 12 provided in the bearing case 8 is in close contact with both end faces of the bearing 7 so that the elastic force of the elastic body 12 absorbs the axial vibration of the bearing 7. Therefore, the elastic body 12 is made of a rubber material formed in an annular shape, and is attached to the end portion of each cover 11 of the bearing case 8, and its end surface is in contact with both end surfaces of the bearing 7.
Further, on the outer peripheral part of the bearing 7, a central part in the axial direction bulges toward the inner peripheral surface part of the bearing case 8, and a spherical projecting part 7b is integrally formed. The protrusion 7 b is arranged such that the top thereof coincides with the axial center of the outer peripheral surface of the bearing 7.
[0020]
A coil spring 9 is provided between the bearing 7 and the bearing case 8 as elastic means that can bias the bearing in the centripetal direction. As shown in FIG. 2, the coil spring 9 is contracted between a groove 7c provided at a position around the protrusion 7b in the bearing 7 and a position facing the groove 7c in the bearing case 8. At the time of stopping, both the bearing 7 and the ceramic portion 6 are urged in the centripetal direction by the elastic force so that the sleeve 5 is brought into contact with an appropriate pressure. The center is in contact. The contact force in this case is a movement that occurs when the ceramic shaft 6 is brought into contact with the cemented carbide portion 5a of the sleeve 5 when the rotary shaft 4 is stopped, and when the sleeve 5 rotates with the ceramic shaft 6 when the rotary shaft 4 is driven. Due to the pressure effect, the inner peripheral surface of the ceramic portion 6 is separated from the outer peripheral surface of the cemented carbide portion 5 a against the elastic force of the coil spring 9, and a water film is formed between the cemented carbide alloy 5 a and the ceramic portion 6. It is small enough to form a gap necessary for this.
[0021]
The coil spring 9 is brought into contact as described above, and a gap is formed between the projection 7b of the bearing 7 and the inner peripheral surface of the bearing case 8. At that time, the clearance between the protrusion 7 b and the inner peripheral surface of the bearing case 8 generates a dynamic pressure effect when the sleeve 4 is rotated by the rotation of the rotating shaft 4, and the dynamic pressure effect causes a gap between the sleeve 4 and the ceramic portion 6. Since a water film is generated, it is desirable that the water film is as thick as possible, but it is selected according to the allowable vibration value of the rotating shaft 4.
[0022]
In the ceramic bearing device of the embodiment, as described above, when the rotary shaft 4 is stopped, the ceramic portion 6 of each bearing 7 is brought into contact with the sleeve 5 fixed to the rotary shaft 4 by the coil spring 9. Hard particles such as earth and sand contained in water do not enter between the sleeve 5 and each ceramic portion 6.
In addition, when the sleeve 5 is rotated by driving the rotary shaft 4, a water film is formed on the sliding surface between the sleeve 5 and the ceramic portion 6 by a dynamic pressure effect, and a load acting on the sleeve 5 is applied by the water film. Since it supports, it can prevent that a particle | grain enters between the sliding surfaces of the sleeve 5 and the ceramic part 6, and it bites.
[0023]
Further, when the sleeve 5 rotates, the sleeve 5 swings on the inner peripheral side of the ceramic portion 6 as the fluid force changes. However, as described above, the bearing 7 is urged in the centripetal direction by the coil spring 9 and the spherical protrusion portion 7 b is formed on the outer peripheral portion of the bearing 7. The bearing 7 follows the contact portion between the portion 7b and the inner peripheral surface of the bearing case 8 as a fulcrum, that is, the bearing 7 and the ceramic portion 6 can always maintain an equilibrium state with the sleeve 5, and the inertia force of the entire bearing can be maintained. There is little influence. For this reason, the sleeve 5 does not act on the lower end portion (or upper end portion) of the ceramic portion 6 and does not come into contact with each other. Therefore, compared with the prior art, the adverse effect of the impact load due to the piece contact can be prevented. And stable sliding characteristics can be obtained.
[0024]
As an experiment for obtaining this stable sliding characteristic, FIG. 3 shows the result of measuring the friction torque when a stepped impact load is applied to the bearing. In this case, the present invention is the same as the above-described embodiment, and 8 bearings 7 having ceramic portions 6 formed of silicon carbide are used, and WC coated with tungsten as the cemented carbide 5a of the sleeve 5 is used. A cermet coating is applied. From the figure, although the sliding surfaces of the sleeve 5 and the bearing 7 are in contact with each other in the present invention, the friction torque curve is the same as the load waveform. You can get On the other hand, in the conventional example in which the sliding surface between the sleeve and the bearing is in a non-contact state, the friction torque curve shows a sudden change in the friction torque when the impact load is applied, and the influence on the impact load is noticeable. I understand.
[0025]
In the case of the bearing 7 having the ceramic portion 6, the starting friction coefficient is as small as about 0.01, particularly under water lubrication conditions. Therefore, if the contact pressure with respect to the sleeve 5 of the ceramic part 6 is set low, the friction torque at the time of starting can be reliably reduced even if the ceramic part 6 is brought into contact with the sleeve 5 by the coil spring 9.
[0026]
Moreover, since the ceramic part 6 is excellent in abrasion resistance, it has been confirmed through experiments that it is hardly damaged even when it is slid in contact with the sleeve 5.
[0027]
4 and 5 show a second embodiment of the ceramic bearing device according to the present invention.
This embodiment differs from the first embodiment in that a bearing casing 14 is provided on the outer periphery of the bearing case 8 via an elastic body 13.
[0028]
The bearing case 8 has basically the same shape as that of the first embodiment. As shown in FIG. 5, four bearings are disposed between the bearing case 8 and the sleeve 5 fixed to the rotating shaft 4. . Each bearing 7 is provided with a ceramic portion 6 and a spherical projection 7b.
[0029]
A bearing casing 14 is attached to the outer periphery of the bearing case 8 via an elastic body 13. In this case, the elastic body 13 is fixed with an adhesive when it is attached. The elastic body 13 is made of a rubber material, and when an impact force is applied in the radial direction by the rotation of the sleeve 5, the impact force is absorbed by the elastic force, thereby further reducing the influence of the one-piece contact of the sleeve 5. I can do it. A flange portion 14 a is projected from the outer peripheral portion of the bearing casing 14, and the flange portion 14 a is attached to the pump casing 1.
[0030]
According to this embodiment, basically the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained, and the bearing casing 14 is attached to the outer peripheral surface of the bearing case 8 via the elastic body 13, and the sleeve Since the impact force generated by the rotation of the bearing 5 can be absorbed and relaxed by the elastic body 13, the load resistance against the sleeve 5 of the bearing can be further improved, and the high reliability as the bearing device can be obtained accordingly.
[0031]
Further, in any of the embodiments shown in FIGS. 1 to 5, a protrusion 7 b bulging spherically toward the bearing case 8 is formed on the outer periphery of the bearing 7, and the top of the protrusion 7 b contacts the bearing case 8. Since it functions as a pivot when it comes into contact with the bearing 7, it performs the aligning function of the bearing 7. Therefore, it is not necessary to screw the protrusions into the bearing case in order to provide the aligning function as compared with the first prior art. In addition, since it is not necessary to provide a groove at a position facing the protrusion, the bearing can be manufactured easily and reliably.
[0032]
6 and 7 show third and fourth embodiments of the bearing device according to the present invention, respectively. In these, a member different from the coil spring 9 was used as an elastic means for biasing the bearing 7 in the centripetal direction and properly contacting the ceramic portion 6 of the bearing 7 with the cemented carbide 5a of the sleeve 5. Is.
[0033]
That is, in the embodiment shown in FIG. 6, the rubber cord 91 is used as the elastic means, and the bearing 7 is brought into contact with the sleeve 5 by the elastic force of the rubber cord 91. The rubber cord 91 has a square cross-sectional shape, but may have a round shape, and the cross-sectional shape is not particularly limited. In addition, the contact pressure between the bearing 7 and the sleeve 5 is to change the hardness and circumference of the rubber cord 91 (measure the length when the contact pressure is 0 and set it shorter by the dimension corresponding to the contact pressure). Can be adjusted. Further, the material of the rubber cord 91 is preferably one having oil resistance. In this example, NBR is generally used for river water or the like, but this is not particularly limited.
In the embodiment shown in FIG. 7, a tension coil spring 92 is used as the elastic means, and two sets are used. Basically, it is the same as the embodiment shown in FIGS. It is.
[0034]
In the illustrated embodiments shown in FIGS. 4 to 7 described above, an example in which all four bearings 7 are arranged is shown. However, the number of the bearings 7 is determined by the diameter of the sleeve 5. It is not limited. Further, in the water lubricated bearing device, the curvature of the sliding surface of the sleeve cemented carbide portion 5a. radius In contrast, the curvature of the sliding surface of the ceramic portion 6 of the bearing 7 radius The sliding surface of the ceramic portion 6 and the cemented carbide portion 5 can be brought into contact with each other over the entire surface. Furthermore, although the projection part 7b showed the example provided in the center part of the axial direction in the outer peripheral part of the bearing 7, and protrudingly provided in the outer peripheral center part of the bearing 7, this is what the rotating shaft 4 rotates forward and reverse. In the case of application to a rotating shaft that rotates only in one direction, it should be shifted in the rotational direction so that it is the central portion in the axial direction and the front position on the outer periphery of the bearing 7. Preferably, therefore, the position of the protrusion is determined by the rotation direction.
[0035]
In the illustrated embodiments so far, the bearing device 3 has been applied to a pump, but the same effect can be obtained even when applied to a water turbine. In that case, the bearing case 8 can be used in the first embodiment, and each of the bearing casings 14 in the second to fourth embodiments can be used by being attached to the fixing member of the water turbine.
[0036]
Next, the case where the bearing device is applied to a water turbine according to the present invention will be described.
That is, as shown in FIG. 10, the water turbine has a rotating shaft 40, a runner 41 fixed to the lower portion of the rotating shaft 40, a fixed body 42 that is disposed above the runner 41 and passes through the rotating shaft 40, and the fixed The ceramic bearing device 30 of the present embodiment that rotatably supports the rotating shaft 40 on the body 42 is provided. The fixed body 42 has a hollow shape, and supports the rotary shaft 40 on the top plate portion 43 via the bearing 30, and a shaft seal device 45 is provided between the upper cover 44 and the rotary shaft 40. A casing 46 is formed by the upper cover 44 and the lower cover 45 of the fixed body 42, and the flow rate of water flowing from the casing 46 into the runner 41 is adjusted by the guide vane 47. The guide vane 47 is connected to a guide ring 48 provided on the top plate portion 43 and is driven by a servo motor 49.
[0037]
The ceramic bearing device 30 includes a sleeve 50, a bearing case 80, a bearing 70, and a pressure adjusting mechanism.
[0038]
As shown in FIGS. 8 and 9, the sleeve 50 is divided into two along the periphery of the rotation shaft 40, and both ends of the divided axial directions are fastened by bolts 18, so that the periphery of the rotation shaft 40 is Is covered. As in the first to fourth embodiments, a cemented carbide portion 50a is provided on the sliding surface of the outer periphery of the sleeve 50 with the bearing 70. The bearing case 80 has a cylindrical shape as shown in FIG. 9, and plate springs 20a and 20b that extend to both end surfaces of the bearing 70 are attached to both ends (upper and lower) in the axial direction as shown in FIG. The axial displacement of the bearing 70 is absorbed and alleviated by the elastic force of the leaf springs 20a and 20b. Four bearings 70 are disposed along the periphery between the sleeve 50 and the bearing case 80, and the sliding surface of the sleeve 50 with the cemented carbide portion 50a is ceramic as in the first to fourth embodiments. A portion 60 is provided.
[0039]
In the pressure adjusting mechanism, opposed walls 71 are provided on the outer peripheral surface of the bearing 70 so as to face each other in the axial direction and the central portion in the circumferential direction, and a groove 72 having an appropriate depth is formed between the opposed walls 71. The coil spring 90 is formed in the groove 72.
[0040]
Further, pivots 23 are attached to both ends in the axial direction.
[0041]
On the other hand, the adjustment body 21 is attached to the bearing case 80 at a position corresponding to the coil spring 90 of the bearing 70 so as to be movable along the radial direction. As shown in FIGS. 8 and 9, the adjusting body 21 has a spherical portion 21a at the tip, and a screw portion 21b is formed on the outer periphery of the other end portion, and a groove 21c for rotation on the other end surface is provided. The bearing 80 is screwed into a screw hole 80a provided in the bearing case 80 so that the bearing 80 can be inserted and moved in the radial direction. The spherical portion 21 a of the adjustment body 21 screwed into the bearing case 80 presses the coil spring 90 via the leaf spring 22, so that the ceramic portion 6 of the bearing 70 is brought into the sleeve 50 by the elastic force of the coil spring 90. The contact pressure of each bearing 70 with respect to the sleeve 50 is thereby adjusted. In this case, the adjustment body 21 is moved by inserting a tool such as a hexagonal bar into the groove 21c of the adjustment body 21 and turning it.
[0042]
The leaf spring 22 is interposed between the bearing 70 and the bearing case 80 between the coil spring 90 and the spherical portion 21a of the adjusting body 21 between the opposing walls 71 of each bearing 70. Engaged between the pivots 23 attached to both ends of the outer peripheral part, and when pressed by the adjusting body 21, presses the coil spring 90 located at the center between the pivots 23 and 23 between the opposing walls 71. By doing so, each bearing 70 has a centering function. Therefore, the pivots 23 and 23 are fixed to each other on the outer peripheral surface of each bearing 70 by being screwed at a position equidistant from the groove 72 along the axial direction.
Reference numeral 24 denotes a nut for fixing the adjusting body 21.
[0043]
According to the embodiment, since each bearing 70 is brought into contact with the sleeve 50 by the pressure adjusting mechanism when the rotating shaft 40 is stopped, basically the same operational effects as those of the first to fourth embodiments can be obtained. . In addition to this, the pressure adjusting mechanism includes a coil spring 90, an adjusting body 21, and a leaf spring 22. By adjusting the adjusting body 21 from the outside of the bearing case 80, the contact force of the bearing 70 with respect to the sleeve 50 can be adjusted. Therefore, the adjustment work when the bearing 70 is installed becomes easy. Moreover, since the sleeve 50 has a divided shape, it is not necessary to press-fit into the rotating shaft 40 like an integral one, especially when the sleeve 50 is mounted on the rotating shaft 40 having a large diameter like a water wheel. Since it can be directly attached to the attachment position of the rotary shaft 40, and therefore it is easy to attach and detach, the assembly and disassembly are extremely good.
[0044]
Although the bearing device 30 of the illustrated embodiment is used for a water turbine, the same effect can be obtained even if the bearing case 80 is attached to the pump casing 1 as shown in FIG. 1 and applied to the pump. Of course.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to fourth aspects of the present invention, when the rotating shaft is stopped, the ceramic portion of the bearing is brought into contact with the cemented carbide portion of the sleeve fixed to the rotating shaft so that the rotating shaft rotates. Since a water film is formed between the sleeve and the ceramic part of the bearing, not only hard particles such as earth and sand contained in river water do not enter between the sleeve and the ceramic part, but also the sliding between them. Particles can be prevented from getting caught between moving surfaces, and the negative impact of impact load due to the contact of one piece of sleeve can be prevented. As a result, stable sliding characteristics can be obtained. An excellent effect can be obtained. According to the sixth to seventeenth aspects, since the bearing device similar to the first to fourth aspects is provided, the pump and the water wheel are provided with a bearing device that does not contain hard particles such as earth and sand and has good sliding characteristics. High reliability can be obtained.
[0046]
In addition, according to claims 6 to 10, since the bearing device has no fear of breakage and has excellent bearing characteristics, a highly reliable pump can be provided. For this reason, a highly reliable turbine can be obtained.
Further, according to the third, fourth, ninth, tenth, fifteenth and sixteenth aspects, the contact pressure of the bearing ceramic portion with respect to the sleeve can be finely adjusted from the outside of the bearing, so that there is also an effect of facilitating the adjustment work. According to the fourth, tenth and sixteenth aspects, since the sleeve is divided, the sleeve can be easily disassembled and assembled even with a large-diameter rotating shaft, and the maintenance can be improved. There is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a drainage pump to which a water-lubricated ceramic bearing device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part showing a first embodiment of a water-lubricated ceramic bearing device according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the results of measuring the friction torque between the water-lubricated ceramic bearing device of the present invention and the conventional bearing device.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part showing a second embodiment of the water-lubricated ceramic bearing device of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the water-lubricated ceramic bearing device of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the water-lubricated ceramic bearing device of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the water-lubricated ceramic bearing device of the present invention.
9 is a cross-sectional view corresponding to the line BB in FIG.
FIG. 10 is a schematic explanatory view showing a state in which the water-lubricated ceramic bearing device is applied to a water turbine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pump casing, 2 ... Blade | wing, 3,30 ... Ceramic bearing apparatus, 4,40 ... Rotary shaft, 5,50 ... Sleeve, 5a, 50a ... Cemented carbide part, 6,6 ... Ceramic part, 7,70 ... Bearing, 7a ... Projection, 8, 80 ... Bearing case, 9, 90 ... Coil spring, 91 ... Rubber string, 92 ... Tension coil spring, 13 ... Elastic material, 14 ... Bearing casing, 21 ... Adjustment body, 22 ... Plate Spring.

Claims (12)

回転軸に固定されかつ外周面に超硬合金部を設けたスリーブと、該スリーブの外周位置に配置される軸受ケースと、該軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けたセグメント型の軸受とを備え、
前記軸受を前記回転軸のスリーブに押し付ける調整体、板ばね、球面状の頭部が備わるピボット、コイルばねを有し、
前記ピボットは、回転軸の軸方向に沿う前記軸受の両端側に前記頭部を表に出して固定され、
前記コイルばねは、前記ピボットの間に位置するようにして前記軸受の外周面側に配置され、
前記軸受の外周面には、前記コイルばねを間にして互いに対向する対向壁を設け、
前記板ばねが前記軸受ケースにねじ込まれる前記調整体で前記頭部に向けて押され、
前記コイルばねが前記板ばねを介して前記調整体で押圧されることを特徴とする水循環セラミック軸受装置。 A sleeve fixed to the rotary shaft and provided with a cemented carbide portion on the outer peripheral surface, a bearing case disposed at the outer peripheral position of the sleeve, and a plurality of members disposed along the circumferential direction between the bearing case and the sleeve, Comprises a segment type bearing provided with a ceramic portion on the sliding contact surface with the sleeve ,
An adjustment body that presses the bearing against the sleeve of the rotary shaft, a leaf spring, a pivot with a spherical head, and a coil spring;
The pivot is fixed with the heads exposed on both end sides of the bearing along the axial direction of the rotating shaft,
The coil spring is disposed on the outer peripheral surface side of the bearing so as to be positioned between the pivots,
The outer peripheral surface of the bearing is provided with opposing walls facing each other with the coil spring in between,
The leaf spring is pushed toward the head by the adjusting body screwed into the bearing case;
The water circulating ceramic bearing device, wherein the coil spring is pressed by the adjusting body via the leaf spring. 請求項１記載の水循環セラミック軸受装置において、The water circulating ceramic bearing device according to claim 1,
前記調整体は、前記板ばねに当接する先端に球状部状を有することを特徴とする水循環セラミック軸受装置。The adjusting body has a spherical shape at a tip that contacts the leaf spring. 請求項１記載の水循環セラミック軸受装置において、The water circulating ceramic bearing device according to claim 1,
前記軸受は、外周面に前記コイルばねを設ける溝を有することを特徴とする水循環セラミック軸受装置。  The bearing has a groove for providing the coil spring on an outer peripheral surface thereof, and is a water circulating ceramic bearing device. 請求項１記載の水循環セラミック軸受装置において、The water circulating ceramic bearing device according to claim 1,
回転軸の軸方向に沿う前記軸受の両端側には、前記軸受の軸方向のずれを吸収緩和する弾性力を有する弾性部材を設けたことを特徴とする水循環セラミック軸受装置。A water-circulating ceramic bearing device characterized in that an elastic member having an elastic force for absorbing and mitigating axial displacement of the bearing is provided on both end sides of the bearing along the axial direction of the rotating shaft. 回転軸に固定されかつ外周面に超硬合金部を設けたスリーブと、該スリーブの外周位置に配置される軸受ケースと、該軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けたセグメント型の軸受とを備え、
前記軸受を前記回転軸のスリーブに押し付ける調整体、板ばね、球面状の頭部が備わるピボット、コイルばねを有し、
前記ピボットは、回転軸の軸方向に沿う前記軸受の両端側に前記頭部を表に出して固定され、
前記コイルばねは、前記ピボットの間に位置するようにして前記軸受の外周面側に配置され、
前記軸受の外周面には、前記コイルばねを間にして互いに対向する対向壁を設け、
前記板ばねが前記軸受ケースにねじ込まれる前記調整体で前記頭部に向けて押され、
前記コイルばねが前記板ばねを介して前記調整体で押圧される水循環セラミック軸受装置を有することを特徴とするポンプ。 A sleeve fixed to the rotary shaft and provided with a cemented carbide portion on the outer peripheral surface, a bearing case disposed at the outer peripheral position of the sleeve, and a plurality of members disposed along the circumferential direction between the bearing case and the sleeve, Comprises a segment type bearing provided with a ceramic portion on the sliding contact surface with the sleeve ,
An adjustment body that presses the bearing against the sleeve of the rotary shaft, a leaf spring, a pivot with a spherical head, and a coil spring;
The pivot is fixed with the heads exposed on both end sides of the bearing along the axial direction of the rotating shaft,
The coil spring is disposed on the outer peripheral surface side of the bearing so as to be positioned between the pivots,
The outer peripheral surface of the bearing is provided with opposing walls facing each other with the coil spring in between,
The leaf spring is pushed toward the head by the adjusting body screwed into the bearing case;
A pump comprising a water circulating ceramic bearing device in which the coil spring is pressed by the adjusting body via the leaf spring. 請求項５記載のポンプにおいて、The pump according to claim 5, wherein
前記調整体は、前記板ばねに当接する先端に球状部状を有することを特徴とするポンプ。The adjustment body has a spherical part shape at a tip abutting against the leaf spring. 請求項５記載のポンプにおいて、The pump according to claim 5, wherein
前記軸受は、外周面に前記コイルばねを設ける溝を有することを特徴とするポンプ。  The said bearing has a groove | channel which provides the said coil spring in an outer peripheral surface, The pump characterized by the above-mentioned. 請求項５記載のポンプにおいて、The pump according to claim 5, wherein
回転軸の軸方向に沿う前記軸受の両端側には、前記軸受の軸方向のずれを吸収緩和する弾性力を有する弾性部材を設けたことを特徴とするポンプ。A pump characterized in that an elastic member having an elastic force for absorbing and mitigating axial displacement of the bearing is provided on both ends of the bearing along the axial direction of the rotating shaft. 回転軸に固定されかつ外周面に超硬合金部を設けたスリーブと、該スリーブの外周位置に配置される軸受ケースと、該軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けたセグメント型の軸受とを備え、
前記軸受を前記回転軸のスリーブに押し付ける調整体、板ばね、球面状の頭部が備わるピボット、コイルばねを有し、
前記ピボットは、回転軸の軸方向に沿う前記軸受の両端側に前記頭部を表に出して固定され、
前記コイルばねは、前記ピボットの間に位置するようにして前記軸受の外周面側に配置され、
前記軸受の外周面には、前記コイルばねを間にして互いに対向する対向壁を設け、
前記板ばねが前記軸受ケースにねじ込まれる前記調整体で前記頭部に向けて押され、
前記コイルばねが前記板ばねを介して前記調整体で押圧される水循環セラミック軸受装置を有することを特徴とする水車。 A sleeve fixed to the rotary shaft and provided with a cemented carbide portion on the outer peripheral surface, a bearing case disposed at the outer peripheral position of the sleeve, and a plurality of members disposed along the circumferential direction between the bearing case and the sleeve, Comprises a segment type bearing provided with a ceramic portion on the sliding contact surface with the sleeve ,
An adjustment body that presses the bearing against the sleeve of the rotary shaft, a leaf spring, a pivot with a spherical head, and a coil spring;
The pivot is fixed with the heads exposed on both end sides of the bearing along the axial direction of the rotating shaft,
The coil spring is disposed on the outer peripheral surface side of the bearing so as to be positioned between the pivots,
The outer peripheral surface of the bearing is provided with opposing walls facing each other with the coil spring in between,
The leaf spring is pushed toward the head by the adjusting body screwed into the bearing case;
A water wheel comprising a water circulating ceramic bearing device in which the coil spring is pressed by the adjusting body via the leaf spring. 請求項９記載の水車において、The water wheel according to claim 9,
前記調整体は、前記板ばねに当接する先端に球状部状を有することを特徴とする水車。The adjustment body has a spherical shape at a tip that contacts the leaf spring. 請求項９記載の水車において、The water wheel according to claim 9,
前記軸受は、外周面に前記コイルばねを設ける溝を有することを特徴とする水車。  The said bearing has a groove | channel which provides the said coil spring in an outer peripheral surface, The water wheel characterized by the above-mentioned. 請求項９記載の水車において、The water wheel according to claim 9,
回転軸の軸方向に沿う前記軸受の両端側には、前記軸受の軸方向のずれを吸収緩和する弾性力を有する弾性部材を設けたことを特徴とする水車。A water wheel, characterized in that an elastic member having an elastic force for absorbing and mitigating axial displacement of the bearing is provided on both ends of the bearing along the axial direction of the rotating shaft.

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