JP3930734B2 - 立軸ポンプ - Google Patents
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Description
【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】
【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】
【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】
【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】
【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】
【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】
【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】
【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
Claims (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。
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