立軸ポンプ
【課題】ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で中間軸受を容易に交換することができる立軸ポンプを提供する。
【解決手段】立軸ポンプは、羽根車１０と、羽根車１０が収容されるガイドケーシング１と、ガイドケーシング１を吊下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続される吐出曲管４と、吐出曲管４および吊下管３を通って延びる回転軸６と、吐出曲管４の上部に配置された外軸受１１と、羽根車１０の下方に配置された水中軸受１２と、外軸受１１と水中軸受１２との間に配置された中間軸受３１と、中間軸受３１が収容され、開口した上端部を有する軸受ケーシング３５とを備え、中間軸受３１は、回転軸６の軸方向に沿って分割可能な複数の分割体から構成されている。
【解決手段】立軸ポンプは、羽根車１０と、羽根車１０が収容されるガイドケーシング１と、ガイドケーシング１を吊下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続される吐出曲管４と、吐出曲管４および吊下管３を通って延びる回転軸６と、吐出曲管４の上部に配置された外軸受１１と、羽根車１０の下方に配置された水中軸受１２と、外軸受１１と水中軸受１２との間に配置された中間軸受３１と、中間軸受３１が収容され、開口した上端部を有する軸受ケーシング３５とを備え、中間軸受３１は、回転軸６の軸方向に沿って分割可能な複数の分割体から構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水や排水などの液体を汲み上げる立軸ポンプに関し、特に回転軸を支える軸受の耐久性、維持管理性を向上させ、軸受を容易に交換することができる立軸ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の立軸ポンプを示す模式図である。図１に示すように、一般に、立軸ポンプは、水槽上部のポンプ据付床５００に設置され、吊下管５０２を介して羽根車５０４を収容するガイドケーシング５０６が吊り下げられる。羽根車５０４は回転軸５０９に固定されており、回転軸５０９は外軸受５１０および水中軸受５０８により回転自在に支持される。
【０００３】
このような立軸ポンプは、羽根車５０４や水中軸受５０８が水中に浸漬された状態で運転され、使用時間の経過とともにこれらの部材に徐々に摩耗や腐食が起こる。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って軸受部（外軸受５１０や水中軸受５０８）や羽根車５０４の摩耗状況、ガイドケーシング５０６の腐食状況を確認し、必要に応じて補修または交換を行うことが必要となる。その中でも、水中軸受５０８の損傷や摩耗は、ポンプの異常振動の原因となり、最終的にポンプ故障（運転不能）にまで至る要因となる。このため、水中軸受５０８の点検は重要点検項目の１つとされる。
【０００４】
立軸ポンプの点検・整備方法としては、１）ポンプを据え付けたまま行う方法と、２）ポンプを引き上げて行う方法とがある。１）の点検方法は、ポンプを引き上げずに済むため、費用が安く、かつ点検・整備にかかる期間も短くできる。しかしながら、例えば、立軸ポンプの水中軸受５０８は通常水中に没しているため、上記１）の方法では、水中軸受５０８の摩耗状態を適切に測定または検知することは難しく、また水中軸受５０８を交換することもできない。また、水槽内の水を排水してドライにした状態でも、水中軸受５０８は羽根車５０４の上方に位置しているため、やはり水中軸受５０８の点検や整備および交換はできない。すなわち、水槽内の水を抜き、軸受部を大気中に露出させても軸受の設置位置の問題により、満足な点検ができない。
【０００５】
そこで、地上部で測定できる外軸受５１０やポンプベース５１４などの振動を測定し、間接的に水中軸受５０８の状態を推測する方法が提案されている（特許文献１，２参照）。しかしながら、この方法では、振動源となる水中軸受５０８付近で測定を行うわけではないため、測定点までの種々の減衰効果により、水中軸受の摩耗等による異常振動を計測することが難しく、適切に損傷や摩耗状況を判断することができない。
【０００６】
これに対して、上記２）の方法によれば、水中軸受５０８の摩耗状態を適切に測定または検知することが可能であり、また水中軸受５０８の交換も可能である。このため、従来、立軸ポンプの水中軸受５０８の摩耗を確認するために、上記２）の方法を行っていた。
【０００７】
しかしながら、上記２）の方法は、費用がかかり、点検・整備にかかる時間も長くなってしまう。例えば、天井クレーンを用いて立軸ポンプを引き上げる場合には、点検員となる機械技術者、作業員およびクレーンオペレータなどが必要となり、引き上げのために相当の作業費用を要する。また、重量物であるポンプの引き上げ、再組立作業は危険作業といえる。
【０００８】
また、引き上げおよび点検作業は、引き上げ後に、点検整備を行い、その後、再設置、芯出し、試運転という工程を経なければならず、かなりの日数を要する。さらに、機場によっては、点検・整備時でも、常に必要量の排水をできる状態にしておく必要があるが、点検期間中は、点検を行っているポンプを運転することができないため、仮設ポンプを設置するなどして、排水能力を確保する必要がある。
【０００９】
そこで、特許文献３に示すように、羽根車の下方に配置された水中軸受と、ポンプ据付床の上方の外軸受の２つで回転軸を支持する構造の立軸ポンプが提案されている。この構造によれば、水中軸受は羽根車の下方に位置しているので、吸込口から水中軸受の摩耗状態を目視により検査することができ、しかも水中軸受を容易に交換することができる。
【００１０】
しかしながら、回転軸が長くなると（すなわち、外軸受と水中軸受との距離が長くなると）、回転軸の危険速度が低下して、ポンプの回転速度に近くなる。回転軸の危険速度がポンプの回転速度に近くなると、共振などの異常振動が発生してしまうため、外軸受と水中軸受との間に中間軸受を配置する必要がある。しかしながら、中間軸受は羽根車の上方に位置しており、かつケーシング内に設置されるため、中間軸受を交換するためには、ポンプを引き上げる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３５６７１４０号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８５７８号公報
【特許文献３】特許第４４５６５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で中間軸受を容易に交換することができる立軸ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、羽根車と、前記羽根車が収容され、ガイドベーンが内部に配置されたガイドケーシングと、前記ガイドケーシングを水槽内に吊下げる吊下管と、前記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、前記吐出曲管および前記吊下管を通って延び、前記羽根車が固定される回転軸と、前記吐出曲管の上部に配置された外軸受と、前記羽根車の下方に配置された水中軸受と、前記外軸受と前記水中軸受との間に配置された中間軸受と、前記中間軸受が収容され、開口した上端部を有する軸受ケーシングとを備え、前記中間軸受は、前記回転軸の軸方向に沿って分割可能な複数の分割体から構成されていることを特徴とする立軸ポンプである。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記水中軸受の軸支持面と前記中間軸受の軸支持面は、耐摩耗性の異なる材料で構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記中間軸受は、前記吊下管の上端近傍に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、前記中間軸受は、前記吐出曲管内に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、前記中間軸受の外周面と前記軸受ケーシングの内周面との間には隙間が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸受ケーシングの底部には、前記中間軸受の下部が嵌合する嵌合穴が形成されており、前記嵌合穴は前記回転軸と同心上に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記隙間には、高粘性流体が封入されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記回転軸と、該回転軸を駆動するための駆動軸とを連結する自在軸継手をさらに備え、前記自在軸継手は、前記駆動軸のトルクを前記回転軸に伝達しつつ、軸方向に伸縮可能に構成されており、前記外軸受は、前記回転軸のラジアル荷重およびスラスト荷重を受けることが出来るように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吐出曲管は前記吊下管から切り離し可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吐出曲管の吐出側端部に着脱可能に取り付けられたルーズフランジ式管継手をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記吐出曲管に連結される吐出配管をさらに備え、前記吐出配管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吊下管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、中間軸受を回転軸に沿って上方にスライドさせて該中間軸受を軸受ケーシングから取り出し、さらに中間軸受を回転軸に沿って縦に分割することによって回転軸から取り外すことができる。したがって、立軸ポンプを水槽から引き上げることなく中間軸受の交換が可能となる。また、軸受負荷に対応した軸受の材料を選択することにより、耐久性に優れた立軸ポンプを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の立軸ポンプを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における立軸ポンプを示す模式図である。
【図３】中間軸受および軸受ケーシングの縦断面図である。
【図４】中間軸受および軸受ケーシングの水平断面図である。
【図５】中間軸受の上面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線から見た図である。
【図７】軸受ケーシングから中間軸受を取り出す様子を示す図である。
【図８】中間軸受および水中軸受の摩耗を測定した結果を示す図である。
【図９】中間軸受および軸受ケーシングに係合するキーが配置された例を示す水平断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、中間軸受が嵌合する嵌合穴を有する軸受ケーシングを示す断面図であり、図１０（ｂ）は、軸受ケーシングの底部に段部が形成された変形例を示す断面図である。
【図１１】中間軸受および軸受ケーシングの間にシール部が配置された例を示す断面図である。
【図１２】中間軸受と軸受ケーシングとの隙間に高粘性流体が封入された例を示す断面図である。
【図１３】中間軸受および軸受ケーシングのさらに他の例を示す断面図である。
【図１４】ルーズフランジ式管継手を示す断面図である。
【図１５】ルーズフランジ式管継手を取り外した様子を示す図である。
【図１６】作業員が立軸ポンプの内部で中間軸受を交換している様子を示す図である。
【図１７】中間軸受の交換のためにハンドホールに棒を挿入した例を示す平面図である。
【図１８】中間軸受および軸受ケーシングを吐出曲管内に配置した例を示す図である。
【図１９】吐出配管にマンホールを設けた例を示す図である。
【図２０】吊下管にマンホールを設けた例を示す図である。
【図２１】吐出曲管を取り外して中間軸受を交換する例を示す図である。
【図２２】吐出曲管をジャッキで持ち上げた状態で中間軸受を交換する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る立軸ポンプの実施形態について図２から図２２を参照して詳細に説明する。なお、図２から図２２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。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態における立軸ポンプを示す模式図である。図２に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１ａおよび吐出ボウル１ｂを有するガイドケーシング１と、ガイドケーシング１を水槽５内に吊り下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続された吐出曲管４と、ガイドケーシング１内に収容された羽根車１０と、羽根車１０が固定された回転軸６とを備えている。
【００２２】
吊下管３は、水槽上部のポンプ据付床２２に形成された挿通孔２４を通って下方に延び、吊下管３の上端に設けられたポンプベース２３を介してポンプ据付床２２に固定されている。回転軸（立軸）６は、吐出曲管４および吊下管３を通って鉛直方向に延びており、その下端はガイドケーシング１内に位置している。ガイドケーシング１および吊下管３によりポンプケーシング２が構成されている。ポンプ据付床２２より上にある床上部Ｆは常時点検が可能な領域であり、ポンプ据付床２２より下にある水槽部Ｕは没水される領域である。吐出曲管４には、ポンプ内部を視認するための少なくとも１つのハンドホール１９が設けられている。
【００２３】
図２に示すように、吸込ベルマウス１ａは下方に開口しており、吸込ベルマウス１ａの上端は吐出ボウル１ｂの下端に固定されている。羽根車１０は回転軸６の下部に固定されており、羽根車１０と回転軸６とは一体的に回転するようになっている。この羽根車１０は複数の翼を有し、羽根車１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１４が配置されている。これらのガイドベーン１４はガイドケーシング１の内周面およびボウルブッシュ１３の外周面に固定されている。
【００２４】
また、回転軸６は、水中軸受１２、中間軸受３１、および外軸受１１により回転自在に支持されている。水中軸受１２は、羽根車１０の下方に位置しており、回転軸６の下端を支持している。この水中軸受１２は、吸込ベルマウス１ａの内周面に固定された支持部材１５によって支持されている。なお、ボウルブッシュ１３の内部には水中軸受は配置されていない。外軸受１１は吐出曲管４の上部に設けられ、回転軸６の上部を支持している。中間軸受３１は、外軸受１１と水中軸受１２との間に配置されている。すなわち、中間軸受３１は吊下管３内に収容され、回転軸６の中間部を支持している。中間軸受３１は軸受ケーシング３５内に収容されている。この軸受ケーシング３５を支持する支持部材２９は、吊下管３の内周面に固定されている。中間軸受３１、軸受ケーシング３５、および支持部材２９は、吊下管３の上端近傍に配置されている。これは、中間軸受３１の点検および交換をしやすくするためである。
【００２５】
水中軸受１２および中間軸受３１は、回転軸６に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。外軸受１１は、ラジアル荷重を受けるだけでなく、スラスト荷重を受けることができるように構成されている。外軸受１１は、ラジアル荷重およびスラスト荷重の両方を受けることができる１つの軸受であってもよく、またはラジアル荷重を受けることができるラジアル軸受とスラスト荷重を受けることができるスラスト軸受との組み合せであってもよい。
【００２６】
図２に示すように、回転軸６は吐出曲管４から上方に突出している。回転軸６の上端は、自在軸継手４５を介して減速機４１の駆動軸４２に連結されている。さらに減速機４１は駆動源４３に連結されている。駆動源４３としては、ディーゼルエンジン、ガスタービン、モータなどを使用することができる。なお、減速機４１が用いられない場合もある。
【００２７】
自在軸継手４５は、駆動軸４２のトルクを回転軸６に伝達しつつ、軸方向に伸縮することができる継手である。すなわち、自在軸継手４５は、トルクを回転軸６に伝達しつつ、回転軸６の変位を吸収することができる。自在軸継手４５としては、例えばフローティングシャフトを用いることができる。上述したように、外軸受１１は、ラジアル荷重を受けるだけでなく、スラスト荷重を受けることができるので、回転軸６および羽根車１０の重さを支えることができる。したがって、回転軸６を駆動する駆動軸４２と回転軸６とを連結する継手として、軸方向に伸縮可能な自在軸継手４５を採用することが可能となっている。
【００２８】
駆動源４３により回転軸６を介して羽根車１０を回転させると、水槽５内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、吐出ボウル１ｂ、吊下管３、吐出曲管４を通って吐出配管２０に移送される。なお、立軸ポンプの排水運転時は、羽根車１０および水中軸受１２は、水面よりも下に位置している。
【００２９】
図１に示す従来の立軸ポンプでは、水中軸受５０８はボウルブッシュ内に収容されているため、立軸ポンプを据え付けた状態で水中軸受５０８を交換することは難しい。本実施形態においては、羽根車１０の下方に水中軸受１２を配置しているため、水槽５の内部の水を取り除き、立軸ポンプの下部に作業員が入れば、隙間ゲージなどを用いて水中軸受１２の摩耗量や損傷具合を容易に判断することができ、さらには水中軸受１２を簡単に交換することができる。
【００３０】
このように、立軸ポンプを引き上げることなく水中軸受１２の点検および交換を行うことができるので、立軸ポンプの引き上げに必要な費用を削減することができ、点検および交換時の運転不能時間を大幅に短縮することができる。したがって、ポンプ機場の経済性および信頼性を向上することができる。また、水中軸受１２の位置が従来の位置よりも低く、羽根車１０の下方に位置するため、ポンプの運転時においては、水中軸受１２を確実に没水させることができる。したがって、水中軸受１２と回転軸６の間に形成される水膜により、水中軸受１２の摩耗を抑制し、水中軸受１２の耐久性を向上させることができる。また、水潤滑を必要とするカットレス軸受などの採用も可能となる。
【００３１】
次に、中間軸受３１について詳細に説明する。図３は中間軸受３１および軸受ケーシング３５の縦断面図であり、図４は中間軸受３１および軸受ケーシング３５の水平断面図である。中間軸受３１は軸受ケーシング３５の内部に収容されている。中間軸受３１は、回転軸６に接触する軸受パッド３２と、この軸受パッド３２を保持する軸受ホルダー３３とを備えている。軸受パッド３２は円筒形状を有しており、その内周面は回転軸６を回転自在に支持する軸支持面を構成している。軸受パッド３２は、例えば、樹脂、セラミックなどから構成することができる。軸受ホルダー３３も円筒形状を有しており、軸受パッド３２の上面、下面、および外周面を保持している。軸受ホルダー３３は、例えば、鋼鉄から構成される。
【００３２】
軸受ケーシング３５は、開口した上端部（以下、開口上端部３５ａという）を有しており、中間軸受３１はこの開口上端部３５ａから軸受ケーシング３５内に挿入される。軸受ケーシング３５の開口上端部３５ａは、上部カバー３６により覆われている。この上部カバー３６は、ボルト３７により軸受ケーシング３５に着脱可能に取り付けられている。なお、図３では、ボルト３７は、簡略化して図示されている。上部カバー３６および軸受ケーシング３５の底部には、回転軸６が貫通する通孔３６ａ，３５ｂがそれぞれ形成されている。中間軸受３１の外周面（すなわち、軸受ホルダー３３の外周面）と軸受ケーシング３５の内周面との間には１ｍｍ〜１０ｍｍの微小な隙間ｄが形成されている。中間軸受３１は、上部カバー３６の下面と軸受ケーシング３５の底部とによって挟まれており、これにより中間軸受３１の位置が固定されている。このように、上部カバー３６およびボルト３７は、軸受ケーシング３５内に収容されている中間軸受３１の位置を固定する固定部材として機能する。
【００３３】
図５は中間軸受３１の上面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線から見た図である。中間軸受３１は、２つの分割体３１Ａ，３１Ｂに分割可能に構成されている。分割体３１Ａ，３１Ｂの分割面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、回転軸６の軸方向（長手方向）に沿って延びており、中間軸受３１を軸方向に沿って縦に分割することにより中間軸受３１を回転軸６から取り外すことができるようになっている。したがって、回転軸６を分解することなく、または回転軸６を引き上げることなく、中間軸受３１を取り外すことができる。同様に、２つの分割体３１Ａ，３１Ｂを回転軸６上で組み合わせることにより、中間軸受３１を回転軸６に取り付けることが可能となっている。
【００３４】
中間軸受３１の摩耗状態を点検するときは、作業員により上部カバー３６の通孔３６ａから中間軸受３１を目視により検査するか、あるいは上部カバー３６を外して中間軸受３１を目視により検査する。中間軸受３１を取り外すときは、図７に示すように、上部カバー３６を外し、軸受ケーシング３５から中間軸受３１を上方に引き抜き、中間軸受３１を分割することで中間軸受３１を回転軸６から取り外す。中間軸受３１を取り付けるときは、作業員により中間軸受３１の分割体を回転軸６上で組み合わせ、中間軸受３１を軸受ケーシング３５内に挿入し、そして、上部カバー３６を軸受ケーシング３５にボルト３７で固定することにより、中間軸受３１が軸受ケーシング３５内に設置される。
【００３５】
図８は、中間軸受３１および水中軸受１２の摩耗量を測定した結果を示す図である。図８に示す立軸ポンプでは、軸受の摩耗量を比較するために、上述した中間軸受３１および水中軸受１２のほかに、これら軸受３１，１２の間に水中軸受１６が配置されている。なお、図８は、中間軸受３１、水中軸受１６、および水中軸受１２の摩耗量をそれぞれ３回測定した結果を示している。図８に示す測定結果から分かるように、外軸受１１からの距離が大きいほど、軸受の摩耗量が大きい。したがって、耐摩耗性を考慮して、水中軸受１２の軸支持面と中間軸受３１の軸支持面とは、異なる材料から形成されることが好ましい。ここで、軸支持面とは、回転軸６を支持する面であり、水中軸受１２および中間軸受３１の内周面が軸支持面を構成している。
【００３６】
摩耗量の大きい（すなわち、軸受に加わる負荷の大きい）水中軸受１２では、セラミックスなどの耐摩耗性の優れた材料で軸支持面を構成し、軸受に加わる負荷が少ない中間軸受３１では、耐摩耗性よりも分割のための成型性に優れた樹脂（例えばＰＥＥＫ）で軸支持面を構成することが好ましい。このように、軸受負荷および軸受交換作業に応じてそれぞれの軸受１２，３１に適切な材料を用いることにより、耐久性および交換作業性の良い立軸ポンプとすることができる。
【００３７】
水中軸受１２は、羽根車１０の下方であって回転軸６の下端に設けているため、水中軸受１２に用いる硬質材料（例えばセラミックス）については、水中軸受１２の取り外しに際して分割の必要はない。したがって、水中軸受１２の材料の選択においては成型性を考慮しなくてもよい。一般に、セラミックス軸受を使用した場合、ドライ運転中に急に通水（排水）されると、その温度変化によりセラミックス軸受にクラックが生じる場合がある。本実施形態では、水中軸受１２はほぼ常時水中に没しているため、水中軸受１２にセラミックスを使用してもクラックが生じるおそれがなく、信頼性の高い立軸ポンプとすることができる。
【００３８】
図３に示すように、中間軸受３１の外周面と軸受ケーシング３５の内周面との間には隙間ｄが形成されている。したがって、仮に中間軸受３１の軸受ホルダー３３および／または軸受ケーシング３５が錆びてしまった場合でも、中間軸受３１を軸受ケーシング３５から容易に取り外すことができる。これにより、ポンプ内での軸受交換作業の負担を軽減することができ、作業を容易化し、さらには作業の安全性を向上させることができる。なお、図９に示すように、必要に応じて、中間軸受３１の外周面と軸受ケーシング３５の内周面とに係合するキー３８を設けて、軸受ケーシング３５内での中間軸受３１の振れおよび回転軸６と中間軸受３１のとも回りを防止してもよい。図９に示す例では、中間軸受３１の２つの分割体に対応して２つのキー３８が設けられている。なお、中間軸受３１は、３つ以上の分割体に分割するように構成してもよい。また、図示しないが、回転軸６と中間軸受３１のとも回りを防止するために、上部カバー３６と軸受ホルダー３３をボルト等で固定してもよい。
【００３９】
図１０（ａ）に示すように、軸受ケーシング３５の底部に、中間軸受３１の下部が嵌合する嵌合穴３５ｃを形成してもよい。嵌合穴３５ｃの深さは１ｍｍ以上であることが好ましい。この嵌合穴３５ｃは、軸受ケーシング３５の底部上に形成された環状の嵌合段部である。中間軸受３１はその下面が軸受ケーシング３５の底部に当接するまで該嵌合穴３５ｃに挿入される。嵌合穴３５ｃの径は中間軸受３１の外径と実質的に同じであり、また、嵌合穴３５ｃは、回転軸６と同心上に位置している。したがって、中間軸受３１の下部を嵌合穴３５ｃに挿入することにより、中間軸受３１の位置決め、すなわち中間軸受３１と回転軸６との芯合わせが達成される。また、中間軸受３１と軸受ケーシング３５の底部との錆等による固着を軽減するため、軸受ケーシング３５の底部は、図１０（ｂ）に示すように、段部３５ｄを有した形状としてもよい。
【００４０】
図１１に示すように、軸受ケーシング３５と中間軸受３１との間の隙間ｄに液体が侵入しないように、上部カバー３６と中間軸受３１との間、および軸受ケーシング３５の底部と中間軸受３１との間に、Ｏリング等のシール部材３９を配置することが好ましい。さらに、この場合、図１２に示すように、軸受ケーシング３５と中間軸受３１との間の隙間ｄに粘性の高い流体を封入してもよい。このような高粘性流体を隙間ｄに封入することにより、錆びなどに起因する中間軸受３１と軸受ケーシング３５との固着をより確実に防止することができる。さらに、高粘性流体により中間軸受３１の振動や位置ずれを防止することができる。高粘性流体としては、例えば、グリースや潤滑油を使用することができる。
【００４１】
図１３は、中間軸受３１および軸受ケーシング３５のさらに他の例を示す断面図である。この例では、上部カバー３６は設けられていなく、直接ボルト３７により中間軸受３１が軸受ケーシング３５に固定されている。より具体的には、中間軸受３１の軸受ホルダー３３の上部にはフランジ３３ａが形成されており、このフランジ３３ａがボルト３７により軸受ケーシング３５の上端に連結されている。この例では、中間軸受３１の外周面と軸受ケーシング３５の内周面との間には隙間は形成されていない。
【００４２】
中間軸受３１の外周面（すなわち、軸受ホルダー３３の外周面）はテーパー面であり、さらに軸受ケーシング３５の内周面もテーパー面である。中間軸受３１のテーパー面と軸受ケーシング３５のテーパー面とは、互いに対応する形状を有している。すなわち、軸受ホルダー３３の外周面の径は、軸受ホルダー３３の下端に向かって徐々に小さくなっており、一方、軸受ケーシング３５の内周面の径は、軸受ケーシング３５の上端に向かって徐々に大きくなっている。したがって、中間軸受３１のテーパー面と軸受ケーシング３５のテーパー面とは互いに密着している。
【００４３】
中間軸受３１を、軸受ケーシング３５に上方から挿入すると、それぞれのテーパー面が互いに接触し、これにより中間軸受３１の位置決めがなされる。また、中間軸受３１および軸受ケーシング３５のテーパー面は、中間軸受３１を引き上げる際の、中間軸受３１と軸受ケーシング３５との摺り合い面積を小さくすることができる。したがって、中間軸受３１を軸受ケーシング３５から容易に取り出すことができる。なお、この例では、軸受ケーシング３５内に収容されている中間軸受３１の位置を固定する固定部材は、ボルト３７によって構成される。
【００４４】
図２に示すように、吐出曲管４と吐出配管２０とはルーズフランジ式管継手５０を介して連結されている。このルーズフランジ式管継手５０について図１４を参照して説明する。図１４はルーズフランジ式管継手５０を示す断面図である。図１４に示すように、ルーズフランジ式管継手５０は、第１フランジ５１ａおよび第２フランジ５１ｂを有するフランジ管５１と、吐出曲管４の吐出側フランジ（吐出側端部）４ｂに当接するルーズフランジ５３と、フランジ管５１とルーズフランジ５３との隙間を塞ぐシール部材（例えば、Ｏリング）５４と、シール部材５４を保持するシール保持リング５５とを備えている。
【００４５】
吐出曲管４の吐出側フランジ（吐出側端部）４ｂ、ルーズフランジ５３、およびシール保持リング５５は、ボルト５６およびナット５７，５８により互いに固定されている。また、ボルト５６は、フランジ管５１の第１フランジ５１ａにナット６０，６１により固定されている。ボルト５６は、いわゆる頭無しボルトである。なお、図１４では、１組のボルト５６およびナット５７，５８，６０，６１のみが示されているが、複数組みのボルトおよびナットにより吐出曲管４とルーズフランジ式管継手５０とが連結されている。フランジ管５１の第２フランジ５１ｂと吐出配管２０のフランジ２０ａとは図示しないボルトおよびナットで互いに固定されている。
【００４６】
ルーズフランジ５３は、フランジ管５１に緩やかに嵌合しており、フランジ管５１に対して軸方向に移動可能となっている。したがって、フランジ管５１とルーズフランジ５３との相対位置を変えることにより、ルーズフランジ式管継手５０の全体の長さを調節することができる。なお、ルーズフランジ式管継手５０は、この例に限らず、他の構造を有するルーズフランジ式管継手を用いてもよい。
【００４７】
次に、中間軸受３１の交換方法について詳細に説明する。立軸ポンプが、その内部に作業員が入ることができるほど大きい場合は（例えば、口径１０００ｍｍ以上）、図１５及び図１６に示すように、ルーズフランジ式管継手５０を、吐出配管２０および吐出曲管４から切り離して、吐出曲管４の吐出側開口から作業員が立軸ポンプの内部に進入して中間軸受３１の交換を行う。このように、ルーズフランジ式管継手５０のみを外すことで、中間軸受３１の点検および交換が可能であるので、中間軸受３１の点検および交換に要する時間を短縮することができる。交換作業中は、図１６に示すように、軸受ケーシング３５を支える支持部材２９を足場として利用することができる。
【００４８】
なお、中間軸受３１の交換時における作業員の転落を防止するために、図１７に示すように、ハンドホール１９に棒６０を挿入し、この棒６０に安全ベルトのフックを掛けることが好ましい。この場合、ハンドホール１９は、吐出曲管４の両側に形成される。各ハンドホール１９の径は１５０ｍｍ以上であることが好ましい。また、交換作業を容易にするために、棒６０に投光器を設置してもよい。さらに、棒６０にチェーンブロックを設置し、このチェーンブロックにより中間軸受３１を軸受ケーシング３５から引き上げることも可能であり、これにより作業のさらなる効率化を図ることができる。
【００４９】
図１８に示すように、中間軸受３１および軸受ケーシング３５を吐出曲管４内に配置してもよい。この場合は、軸受ケーシング３５を支持する支持部材２９は吐出曲管４の内周面に固定される。図１９に示すように、吐出配管２０にマンホール６１を設け、このマンホール６１から作業員が立軸ポンプの内部に進入して中間軸受３１の交換ができるようにしてもよい。通常は、マンホール６１は、着脱可能な蓋６２により覆われており、中間軸受３１の交換時には蓋６２が取り外される。マンホール６１の直径は６００ｍｍ以上であることが好ましい。なお、この場合、図１９に示すように、ルーズフランジ式管継手５０を省略してもよい。また、ポンプが大容量（口径約２０００ｍｍ以上）でポンプのハンドホール１９が６００ｍｍ以上である場合は、前記マンホール６１は省略してもよい。
【００５０】
さらに、中間軸受３１が吊下管３内に配置されている場合、図２０に示すように、マンホール６１を吊下管３に形成してもよい。マンホール６１は、中間軸受３１の直ぐ上方に位置しており、作業員は足場６５を使ってマンホール６１から吊下管３内に進入することができる。図１９に示す例と同様に、マンホール６１は、通常は着脱可能な蓋６２により覆われており、中間軸受３１の交換時には蓋６２が取り外される。
【００５１】
立軸ポンプが、その内部に作業員が入ることができない小口径ポンプの場合は、図２１に示すように、吐出曲管４を取り外すことで中間軸受３１の交換を行うことができる。吐出曲管４はポンプベース２３に着脱可能な吸込側フランジ４ａを有している。したがって、吐出曲管４を、ポンプベース２３、吊下管３、およびルーズフランジ式管継手５０から切り離すことによって吐出曲管４を立軸ポンプから取り外すことができる。吐出曲管４を取り外すときは、最初に自在軸継手４５が回転軸６および駆動軸４２から切り離される。このように自在軸継手４５が取り外し可能であるので、減速機４１および駆動源４３を移動または撤去する必要がない。
【００５２】
図２２に示すように、ジャッキ６３により吐出曲管４を持ち上げて、その状態で中間軸受３１の交換を行ってもよい。この例では、吐出曲管４の仮置きスペースが不要であるので、作業スペースに制限がある場合には、この例は有利である。なお、図２２に示すジャッキ６３を用いる方法は、作業員が内部に入ることができる大口径ポンプにも適用することができる。
【００５３】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５４】
１ ガイドケーシング
１ａ 吸込ベルマウス
１ｂ 吐出ボウル
２ ポンプケーシング
３ 吊下管
４ 吐出曲管
５ 水槽
６ 回転軸
１０ 羽根車
１１ 外軸受
１２ 水中軸受
１３ ボウルブッシュ
１４ ガイドベーン
１９ ハンドホール
２０ 吐出配管
２２ ポンプ据付床
２３ 据付用ベース
２４ ポンプ挿通孔
３１ 中間軸受
３２ 軸受パッド
３３ 軸受ホルダー
３５ 軸受ケーシング
３６ 上部カバー
３７ ボルト
４１ 減速機
４２ 駆動源
４２ 駆動軸
４５ 自在軸継手
５０ ルーズフランジ式管継手
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水や排水などの液体を汲み上げる立軸ポンプに関し、特に回転軸を支える軸受の耐久性、維持管理性を向上させ、軸受を容易に交換することができる立軸ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の立軸ポンプを示す模式図である。図１に示すように、一般に、立軸ポンプは、水槽上部のポンプ据付床５００に設置され、吊下管５０２を介して羽根車５０４を収容するガイドケーシング５０６が吊り下げられる。羽根車５０４は回転軸５０９に固定されており、回転軸５０９は外軸受５１０および水中軸受５０８により回転自在に支持される。
【０００３】
このような立軸ポンプは、羽根車５０４や水中軸受５０８が水中に浸漬された状態で運転され、使用時間の経過とともにこれらの部材に徐々に摩耗や腐食が起こる。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って軸受部（外軸受５１０や水中軸受５０８）や羽根車５０４の摩耗状況、ガイドケーシング５０６の腐食状況を確認し、必要に応じて補修または交換を行うことが必要となる。その中でも、水中軸受５０８の損傷や摩耗は、ポンプの異常振動の原因となり、最終的にポンプ故障（運転不能）にまで至る要因となる。このため、水中軸受５０８の点検は重要点検項目の１つとされる。
【０００４】
立軸ポンプの点検・整備方法としては、１）ポンプを据え付けたまま行う方法と、２）ポンプを引き上げて行う方法とがある。１）の点検方法は、ポンプを引き上げずに済むため、費用が安く、かつ点検・整備にかかる期間も短くできる。しかしながら、例えば、立軸ポンプの水中軸受５０８は通常水中に没しているため、上記１）の方法では、水中軸受５０８の摩耗状態を適切に測定または検知することは難しく、また水中軸受５０８を交換することもできない。また、水槽内の水を排水してドライにした状態でも、水中軸受５０８は羽根車５０４の上方に位置しているため、やはり水中軸受５０８の点検や整備および交換はできない。すなわち、水槽内の水を抜き、軸受部を大気中に露出させても軸受の設置位置の問題により、満足な点検ができない。
【０００５】
そこで、地上部で測定できる外軸受５１０やポンプベース５１４などの振動を測定し、間接的に水中軸受５０８の状態を推測する方法が提案されている（特許文献１，２参照）。しかしながら、この方法では、振動源となる水中軸受５０８付近で測定を行うわけではないため、測定点までの種々の減衰効果により、水中軸受の摩耗等による異常振動を計測することが難しく、適切に損傷や摩耗状況を判断することができない。
【０００６】
これに対して、上記２）の方法によれば、水中軸受５０８の摩耗状態を適切に測定または検知することが可能であり、また水中軸受５０８の交換も可能である。このため、従来、立軸ポンプの水中軸受５０８の摩耗を確認するために、上記２）の方法を行っていた。
【０００７】
しかしながら、上記２）の方法は、費用がかかり、点検・整備にかかる時間も長くなってしまう。例えば、天井クレーンを用いて立軸ポンプを引き上げる場合には、点検員となる機械技術者、作業員およびクレーンオペレータなどが必要となり、引き上げのために相当の作業費用を要する。また、重量物であるポンプの引き上げ、再組立作業は危険作業といえる。
【０００８】
また、引き上げおよび点検作業は、引き上げ後に、点検整備を行い、その後、再設置、芯出し、試運転という工程を経なければならず、かなりの日数を要する。さらに、機場によっては、点検・整備時でも、常に必要量の排水をできる状態にしておく必要があるが、点検期間中は、点検を行っているポンプを運転することができないため、仮設ポンプを設置するなどして、排水能力を確保する必要がある。
【０００９】
そこで、特許文献３に示すように、羽根車の下方に配置された水中軸受と、ポンプ据付床の上方の外軸受の２つで回転軸を支持する構造の立軸ポンプが提案されている。この構造によれば、水中軸受は羽根車の下方に位置しているので、吸込口から水中軸受の摩耗状態を目視により検査することができ、しかも水中軸受を容易に交換することができる。
【００１０】
しかしながら、回転軸が長くなると（すなわち、外軸受と水中軸受との距離が長くなると）、回転軸の危険速度が低下して、ポンプの回転速度に近くなる。回転軸の危険速度がポンプの回転速度に近くなると、共振などの異常振動が発生してしまうため、外軸受と水中軸受との間に中間軸受を配置する必要がある。しかしながら、中間軸受は羽根車の上方に位置しており、かつケーシング内に設置されるため、中間軸受を交換するためには、ポンプを引き上げる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３５６７１４０号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８５７８号公報
【特許文献３】特許第４４５６５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で中間軸受を容易に交換することができる立軸ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、羽根車と、前記羽根車が収容され、ガイドベーンが内部に配置されたガイドケーシングと、前記ガイドケーシングを水槽内に吊下げる吊下管と、前記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、前記吐出曲管および前記吊下管を通って延び、前記羽根車が固定される回転軸と、前記吐出曲管の上部に配置された外軸受と、前記羽根車の下方に配置された水中軸受と、前記外軸受と前記水中軸受との間に配置された中間軸受と、前記中間軸受が収容され、開口した上端部を有する軸受ケーシングとを備え、前記中間軸受は、前記回転軸の軸方向に沿って分割可能な複数の分割体から構成されていることを特徴とする立軸ポンプである。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記水中軸受の軸支持面と前記中間軸受の軸支持面は、耐摩耗性の異なる材料で構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記中間軸受は、前記吊下管の上端近傍に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、前記中間軸受は、前記吐出曲管内に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、前記中間軸受の外周面と前記軸受ケーシングの内周面との間には隙間が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸受ケーシングの底部には、前記中間軸受の下部が嵌合する嵌合穴が形成されており、前記嵌合穴は前記回転軸と同心上に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記隙間には、高粘性流体が封入されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記回転軸と、該回転軸を駆動するための駆動軸とを連結する自在軸継手をさらに備え、前記自在軸継手は、前記駆動軸のトルクを前記回転軸に伝達しつつ、軸方向に伸縮可能に構成されており、前記外軸受は、前記回転軸のラジアル荷重およびスラスト荷重を受けることが出来るように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吐出曲管は前記吊下管から切り離し可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吐出曲管の吐出側端部に着脱可能に取り付けられたルーズフランジ式管継手をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記吐出曲管に連結される吐出配管をさらに備え、前記吐出配管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吊下管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、中間軸受を回転軸に沿って上方にスライドさせて該中間軸受を軸受ケーシングから取り出し、さらに中間軸受を回転軸に沿って縦に分割することによって回転軸から取り外すことができる。したがって、立軸ポンプを水槽から引き上げることなく中間軸受の交換が可能となる。また、軸受負荷に対応した軸受の材料を選択することにより、耐久性に優れた立軸ポンプを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の立軸ポンプを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における立軸ポンプを示す模式図である。
【図３】中間軸受および軸受ケーシングの縦断面図である。
【図４】中間軸受および軸受ケーシングの水平断面図である。
【図５】中間軸受の上面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線から見た図である。
【図７】軸受ケーシングから中間軸受を取り出す様子を示す図である。
【図８】中間軸受および水中軸受の摩耗を測定した結果を示す図である。
【図９】中間軸受および軸受ケーシングに係合するキーが配置された例を示す水平断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、中間軸受が嵌合する嵌合穴を有する軸受ケーシングを示す断面図であり、図１０（ｂ）は、軸受ケーシングの底部に段部が形成された変形例を示す断面図である。
【図１１】中間軸受および軸受ケーシングの間にシール部が配置された例を示す断面図である。
【図１２】中間軸受と軸受ケーシングとの隙間に高粘性流体が封入された例を示す断面図である。
【図１３】中間軸受および軸受ケーシングのさらに他の例を示す断面図である。
【図１４】ルーズフランジ式管継手を示す断面図である。
【図１５】ルーズフランジ式管継手を取り外した様子を示す図である。
【図１６】作業員が立軸ポンプの内部で中間軸受を交換している様子を示す図である。
【図１７】中間軸受の交換のためにハンドホールに棒を挿入した例を示す平面図である。
【図１８】中間軸受および軸受ケーシングを吐出曲管内に配置した例を示す図である。
【図１９】吐出配管にマンホールを設けた例を示す図である。
【図２０】吊下管にマンホールを設けた例を示す図である。
【図２１】吐出曲管を取り外して中間軸受を交換する例を示す図である。
【図２２】吐出曲管をジャッキで持ち上げた状態で中間軸受を交換する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る立軸ポンプの実施形態について図２から図２２を参照して詳細に説明する。なお、図２から図２２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。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態における立軸ポンプを示す模式図である。図２に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１ａおよび吐出ボウル１ｂを有するガイドケーシング１と、ガイドケーシング１を水槽５内に吊り下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続された吐出曲管４と、ガイドケーシング１内に収容された羽根車１０と、羽根車１０が固定された回転軸６とを備えている。
【００２２】
吊下管３は、水槽上部のポンプ据付床２２に形成された挿通孔２４を通って下方に延び、吊下管３の上端に設けられたポンプベース２３を介してポンプ据付床２２に固定されている。回転軸（立軸）６は、吐出曲管４および吊下管３を通って鉛直方向に延びており、その下端はガイドケーシング１内に位置している。ガイドケーシング１および吊下管３によりポンプケーシング２が構成されている。ポンプ据付床２２より上にある床上部Ｆは常時点検が可能な領域であり、ポンプ据付床２２より下にある水槽部Ｕは没水される領域である。吐出曲管４には、ポンプ内部を視認するための少なくとも１つのハンドホール１９が設けられている。
【００２３】
図２に示すように、吸込ベルマウス１ａは下方に開口しており、吸込ベルマウス１ａの上端は吐出ボウル１ｂの下端に固定されている。羽根車１０は回転軸６の下部に固定されており、羽根車１０と回転軸６とは一体的に回転するようになっている。この羽根車１０は複数の翼を有し、羽根車１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１４が配置されている。これらのガイドベーン１４はガイドケーシング１の内周面およびボウルブッシュ１３の外周面に固定されている。
【００２４】
また、回転軸６は、水中軸受１２、中間軸受３１、および外軸受１１により回転自在に支持されている。水中軸受１２は、羽根車１０の下方に位置しており、回転軸６の下端を支持している。この水中軸受１２は、吸込ベルマウス１ａの内周面に固定された支持部材１５によって支持されている。なお、ボウルブッシュ１３の内部には水中軸受は配置されていない。外軸受１１は吐出曲管４の上部に設けられ、回転軸６の上部を支持している。中間軸受３１は、外軸受１１と水中軸受１２との間に配置されている。すなわち、中間軸受３１は吊下管３内に収容され、回転軸６の中間部を支持している。中間軸受３１は軸受ケーシング３５内に収容されている。この軸受ケーシング３５を支持する支持部材２９は、吊下管３の内周面に固定されている。中間軸受３１、軸受ケーシング３５、および支持部材２９は、吊下管３の上端近傍に配置されている。これは、中間軸受３１の点検および交換をしやすくするためである。
【００２５】
水中軸受１２および中間軸受３１は、回転軸６に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。外軸受１１は、ラジアル荷重を受けるだけでなく、スラスト荷重を受けることができるように構成されている。外軸受１１は、ラジアル荷重およびスラスト荷重の両方を受けることができる１つの軸受であってもよく、またはラジアル荷重を受けることができるラジアル軸受とスラスト荷重を受けることができるスラスト軸受との組み合せであってもよい。
【００２６】
図２に示すように、回転軸６は吐出曲管４から上方に突出している。回転軸６の上端は、自在軸継手４５を介して減速機４１の駆動軸４２に連結されている。さらに減速機４１は駆動源４３に連結されている。駆動源４３としては、ディーゼルエンジン、ガスタービン、モータなどを使用することができる。なお、減速機４１が用いられない場合もある。
【００２７】
自在軸継手４５は、駆動軸４２のトルクを回転軸６に伝達しつつ、軸方向に伸縮することができる継手である。すなわち、自在軸継手４５は、トルクを回転軸６に伝達しつつ、回転軸６の変位を吸収することができる。自在軸継手４５としては、例えばフローティングシャフトを用いることができる。上述したように、外軸受１１は、ラジアル荷重を受けるだけでなく、スラスト荷重を受けることができるので、回転軸６および羽根車１０の重さを支えることができる。したがって、回転軸６を駆動する駆動軸４２と回転軸６とを連結する継手として、軸方向に伸縮可能な自在軸継手４５を採用することが可能となっている。
【００２８】
駆動源４３により回転軸６を介して羽根車１０を回転させると、水槽５内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、吐出ボウル１ｂ、吊下管３、吐出曲管４を通って吐出配管２０に移送される。なお、立軸ポンプの排水運転時は、羽根車１０および水中軸受１２は、水面よりも下に位置している。
【００２９】
図１に示す従来の立軸ポンプでは、水中軸受５０８はボウルブッシュ内に収容されているため、立軸ポンプを据え付けた状態で水中軸受５０８を交換することは難しい。本実施形態においては、羽根車１０の下方に水中軸受１２を配置しているため、水槽５の内部の水を取り除き、立軸ポンプの下部に作業員が入れば、隙間ゲージなどを用いて水中軸受１２の摩耗量や損傷具合を容易に判断することができ、さらには水中軸受１２を簡単に交換することができる。
【００３０】
このように、立軸ポンプを引き上げることなく水中軸受１２の点検および交換を行うことができるので、立軸ポンプの引き上げに必要な費用を削減することができ、点検および交換時の運転不能時間を大幅に短縮することができる。したがって、ポンプ機場の経済性および信頼性を向上することができる。また、水中軸受１２の位置が従来の位置よりも低く、羽根車１０の下方に位置するため、ポンプの運転時においては、水中軸受１２を確実に没水させることができる。したがって、水中軸受１２と回転軸６の間に形成される水膜により、水中軸受１２の摩耗を抑制し、水中軸受１２の耐久性を向上させることができる。また、水潤滑を必要とするカットレス軸受などの採用も可能となる。
【００３１】
次に、中間軸受３１について詳細に説明する。図３は中間軸受３１および軸受ケーシング３５の縦断面図であり、図４は中間軸受３１および軸受ケーシング３５の水平断面図である。中間軸受３１は軸受ケーシング３５の内部に収容されている。中間軸受３１は、回転軸６に接触する軸受パッド３２と、この軸受パッド３２を保持する軸受ホルダー３３とを備えている。軸受パッド３２は円筒形状を有しており、その内周面は回転軸６を回転自在に支持する軸支持面を構成している。軸受パッド３２は、例えば、樹脂、セラミックなどから構成することができる。軸受ホルダー３３も円筒形状を有しており、軸受パッド３２の上面、下面、および外周面を保持している。軸受ホルダー３３は、例えば、鋼鉄から構成される。
【００３２】
軸受ケーシング３５は、開口した上端部（以下、開口上端部３５ａという）を有しており、中間軸受３１はこの開口上端部３５ａから軸受ケーシング３５内に挿入される。軸受ケーシング３５の開口上端部３５ａは、上部カバー３６により覆われている。この上部カバー３６は、ボルト３７により軸受ケーシング３５に着脱可能に取り付けられている。なお、図３では、ボルト３７は、簡略化して図示されている。上部カバー３６および軸受ケーシング３５の底部には、回転軸６が貫通する通孔３６ａ，３５ｂがそれぞれ形成されている。中間軸受３１の外周面（すなわち、軸受ホルダー３３の外周面）と軸受ケーシング３５の内周面との間には１ｍｍ〜１０ｍｍの微小な隙間ｄが形成されている。中間軸受３１は、上部カバー３６の下面と軸受ケーシング３５の底部とによって挟まれており、これにより中間軸受３１の位置が固定されている。このように、上部カバー３６およびボルト３７は、軸受ケーシング３５内に収容されている中間軸受３１の位置を固定する固定部材として機能する。
【００３３】
図５は中間軸受３１の上面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線から見た図である。中間軸受３１は、２つの分割体３１Ａ，３１Ｂに分割可能に構成されている。分割体３１Ａ，３１Ｂの分割面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、回転軸６の軸方向（長手方向）に沿って延びており、中間軸受３１を軸方向に沿って縦に分割することにより中間軸受３１を回転軸６から取り外すことができるようになっている。したがって、回転軸６を分解することなく、または回転軸６を引き上げることなく、中間軸受３１を取り外すことができる。同様に、２つの分割体３１Ａ，３１Ｂを回転軸６上で組み合わせることにより、中間軸受３１を回転軸６に取り付けることが可能となっている。
【００３４】
中間軸受３１の摩耗状態を点検するときは、作業員により上部カバー３６の通孔３６ａから中間軸受３１を目視により検査するか、あるいは上部カバー３６を外して中間軸受３１を目視により検査する。中間軸受３１を取り外すときは、図７に示すように、上部カバー３６を外し、軸受ケーシング３５から中間軸受３１を上方に引き抜き、中間軸受３１を分割することで中間軸受３１を回転軸６から取り外す。中間軸受３１を取り付けるときは、作業員により中間軸受３１の分割体を回転軸６上で組み合わせ、中間軸受３１を軸受ケーシング３５内に挿入し、そして、上部カバー３６を軸受ケーシング３５にボルト３７で固定することにより、中間軸受３１が軸受ケーシング３５内に設置される。
【００３５】
図８は、中間軸受３１および水中軸受１２の摩耗量を測定した結果を示す図である。図８に示す立軸ポンプでは、軸受の摩耗量を比較するために、上述した中間軸受３１および水中軸受１２のほかに、これら軸受３１，１２の間に水中軸受１６が配置されている。なお、図８は、中間軸受３１、水中軸受１６、および水中軸受１２の摩耗量をそれぞれ３回測定した結果を示している。図８に示す測定結果から分かるように、外軸受１１からの距離が大きいほど、軸受の摩耗量が大きい。したがって、耐摩耗性を考慮して、水中軸受１２の軸支持面と中間軸受３１の軸支持面とは、異なる材料から形成されることが好ましい。ここで、軸支持面とは、回転軸６を支持する面であり、水中軸受１２および中間軸受３１の内周面が軸支持面を構成している。
【００３６】
摩耗量の大きい（すなわち、軸受に加わる負荷の大きい）水中軸受１２では、セラミックスなどの耐摩耗性の優れた材料で軸支持面を構成し、軸受に加わる負荷が少ない中間軸受３１では、耐摩耗性よりも分割のための成型性に優れた樹脂（例えばＰＥＥＫ）で軸支持面を構成することが好ましい。このように、軸受負荷および軸受交換作業に応じてそれぞれの軸受１２，３１に適切な材料を用いることにより、耐久性および交換作業性の良い立軸ポンプとすることができる。
【００３７】
水中軸受１２は、羽根車１０の下方であって回転軸６の下端に設けているため、水中軸受１２に用いる硬質材料（例えばセラミックス）については、水中軸受１２の取り外しに際して分割の必要はない。したがって、水中軸受１２の材料の選択においては成型性を考慮しなくてもよい。一般に、セラミックス軸受を使用した場合、ドライ運転中に急に通水（排水）されると、その温度変化によりセラミックス軸受にクラックが生じる場合がある。本実施形態では、水中軸受１２はほぼ常時水中に没しているため、水中軸受１２にセラミックスを使用してもクラックが生じるおそれがなく、信頼性の高い立軸ポンプとすることができる。
【００３８】
図３に示すように、中間軸受３１の外周面と軸受ケーシング３５の内周面との間には隙間ｄが形成されている。したがって、仮に中間軸受３１の軸受ホルダー３３および／または軸受ケーシング３５が錆びてしまった場合でも、中間軸受３１を軸受ケーシング３５から容易に取り外すことができる。これにより、ポンプ内での軸受交換作業の負担を軽減することができ、作業を容易化し、さらには作業の安全性を向上させることができる。なお、図９に示すように、必要に応じて、中間軸受３１の外周面と軸受ケーシング３５の内周面とに係合するキー３８を設けて、軸受ケーシング３５内での中間軸受３１の振れおよび回転軸６と中間軸受３１のとも回りを防止してもよい。図９に示す例では、中間軸受３１の２つの分割体に対応して２つのキー３８が設けられている。なお、中間軸受３１は、３つ以上の分割体に分割するように構成してもよい。また、図示しないが、回転軸６と中間軸受３１のとも回りを防止するために、上部カバー３６と軸受ホルダー３３をボルト等で固定してもよい。
【００３９】
図１０（ａ）に示すように、軸受ケーシング３５の底部に、中間軸受３１の下部が嵌合する嵌合穴３５ｃを形成してもよい。嵌合穴３５ｃの深さは１ｍｍ以上であることが好ましい。この嵌合穴３５ｃは、軸受ケーシング３５の底部上に形成された環状の嵌合段部である。中間軸受３１はその下面が軸受ケーシング３５の底部に当接するまで該嵌合穴３５ｃに挿入される。嵌合穴３５ｃの径は中間軸受３１の外径と実質的に同じであり、また、嵌合穴３５ｃは、回転軸６と同心上に位置している。したがって、中間軸受３１の下部を嵌合穴３５ｃに挿入することにより、中間軸受３１の位置決め、すなわち中間軸受３１と回転軸６との芯合わせが達成される。また、中間軸受３１と軸受ケーシング３５の底部との錆等による固着を軽減するため、軸受ケーシング３５の底部は、図１０（ｂ）に示すように、段部３５ｄを有した形状としてもよい。
【００４０】
図１１に示すように、軸受ケーシング３５と中間軸受３１との間の隙間ｄに液体が侵入しないように、上部カバー３６と中間軸受３１との間、および軸受ケーシング３５の底部と中間軸受３１との間に、Ｏリング等のシール部材３９を配置することが好ましい。さらに、この場合、図１２に示すように、軸受ケーシング３５と中間軸受３１との間の隙間ｄに粘性の高い流体を封入してもよい。このような高粘性流体を隙間ｄに封入することにより、錆びなどに起因する中間軸受３１と軸受ケーシング３５との固着をより確実に防止することができる。さらに、高粘性流体により中間軸受３１の振動や位置ずれを防止することができる。高粘性流体としては、例えば、グリースや潤滑油を使用することができる。
【００４１】
図１３は、中間軸受３１および軸受ケーシング３５のさらに他の例を示す断面図である。この例では、上部カバー３６は設けられていなく、直接ボルト３７により中間軸受３１が軸受ケーシング３５に固定されている。より具体的には、中間軸受３１の軸受ホルダー３３の上部にはフランジ３３ａが形成されており、このフランジ３３ａがボルト３７により軸受ケーシング３５の上端に連結されている。この例では、中間軸受３１の外周面と軸受ケーシング３５の内周面との間には隙間は形成されていない。
【００４２】
中間軸受３１の外周面（すなわち、軸受ホルダー３３の外周面）はテーパー面であり、さらに軸受ケーシング３５の内周面もテーパー面である。中間軸受３１のテーパー面と軸受ケーシング３５のテーパー面とは、互いに対応する形状を有している。すなわち、軸受ホルダー３３の外周面の径は、軸受ホルダー３３の下端に向かって徐々に小さくなっており、一方、軸受ケーシング３５の内周面の径は、軸受ケーシング３５の上端に向かって徐々に大きくなっている。したがって、中間軸受３１のテーパー面と軸受ケーシング３５のテーパー面とは互いに密着している。
【００４３】
中間軸受３１を、軸受ケーシング３５に上方から挿入すると、それぞれのテーパー面が互いに接触し、これにより中間軸受３１の位置決めがなされる。また、中間軸受３１および軸受ケーシング３５のテーパー面は、中間軸受３１を引き上げる際の、中間軸受３１と軸受ケーシング３５との摺り合い面積を小さくすることができる。したがって、中間軸受３１を軸受ケーシング３５から容易に取り出すことができる。なお、この例では、軸受ケーシング３５内に収容されている中間軸受３１の位置を固定する固定部材は、ボルト３７によって構成される。
【００４４】
図２に示すように、吐出曲管４と吐出配管２０とはルーズフランジ式管継手５０を介して連結されている。このルーズフランジ式管継手５０について図１４を参照して説明する。図１４はルーズフランジ式管継手５０を示す断面図である。図１４に示すように、ルーズフランジ式管継手５０は、第１フランジ５１ａおよび第２フランジ５１ｂを有するフランジ管５１と、吐出曲管４の吐出側フランジ（吐出側端部）４ｂに当接するルーズフランジ５３と、フランジ管５１とルーズフランジ５３との隙間を塞ぐシール部材（例えば、Ｏリング）５４と、シール部材５４を保持するシール保持リング５５とを備えている。
【００４５】
吐出曲管４の吐出側フランジ（吐出側端部）４ｂ、ルーズフランジ５３、およびシール保持リング５５は、ボルト５６およびナット５７，５８により互いに固定されている。また、ボルト５６は、フランジ管５１の第１フランジ５１ａにナット６０，６１により固定されている。ボルト５６は、いわゆる頭無しボルトである。なお、図１４では、１組のボルト５６およびナット５７，５８，６０，６１のみが示されているが、複数組みのボルトおよびナットにより吐出曲管４とルーズフランジ式管継手５０とが連結されている。フランジ管５１の第２フランジ５１ｂと吐出配管２０のフランジ２０ａとは図示しないボルトおよびナットで互いに固定されている。
【００４６】
ルーズフランジ５３は、フランジ管５１に緩やかに嵌合しており、フランジ管５１に対して軸方向に移動可能となっている。したがって、フランジ管５１とルーズフランジ５３との相対位置を変えることにより、ルーズフランジ式管継手５０の全体の長さを調節することができる。なお、ルーズフランジ式管継手５０は、この例に限らず、他の構造を有するルーズフランジ式管継手を用いてもよい。
【００４７】
次に、中間軸受３１の交換方法について詳細に説明する。立軸ポンプが、その内部に作業員が入ることができるほど大きい場合は（例えば、口径１０００ｍｍ以上）、図１５及び図１６に示すように、ルーズフランジ式管継手５０を、吐出配管２０および吐出曲管４から切り離して、吐出曲管４の吐出側開口から作業員が立軸ポンプの内部に進入して中間軸受３１の交換を行う。このように、ルーズフランジ式管継手５０のみを外すことで、中間軸受３１の点検および交換が可能であるので、中間軸受３１の点検および交換に要する時間を短縮することができる。交換作業中は、図１６に示すように、軸受ケーシング３５を支える支持部材２９を足場として利用することができる。
【００４８】
なお、中間軸受３１の交換時における作業員の転落を防止するために、図１７に示すように、ハンドホール１９に棒６０を挿入し、この棒６０に安全ベルトのフックを掛けることが好ましい。この場合、ハンドホール１９は、吐出曲管４の両側に形成される。各ハンドホール１９の径は１５０ｍｍ以上であることが好ましい。また、交換作業を容易にするために、棒６０に投光器を設置してもよい。さらに、棒６０にチェーンブロックを設置し、このチェーンブロックにより中間軸受３１を軸受ケーシング３５から引き上げることも可能であり、これにより作業のさらなる効率化を図ることができる。
【００４９】
図１８に示すように、中間軸受３１および軸受ケーシング３５を吐出曲管４内に配置してもよい。この場合は、軸受ケーシング３５を支持する支持部材２９は吐出曲管４の内周面に固定される。図１９に示すように、吐出配管２０にマンホール６１を設け、このマンホール６１から作業員が立軸ポンプの内部に進入して中間軸受３１の交換ができるようにしてもよい。通常は、マンホール６１は、着脱可能な蓋６２により覆われており、中間軸受３１の交換時には蓋６２が取り外される。マンホール６１の直径は６００ｍｍ以上であることが好ましい。なお、この場合、図１９に示すように、ルーズフランジ式管継手５０を省略してもよい。また、ポンプが大容量（口径約２０００ｍｍ以上）でポンプのハンドホール１９が６００ｍｍ以上である場合は、前記マンホール６１は省略してもよい。
【００５０】
さらに、中間軸受３１が吊下管３内に配置されている場合、図２０に示すように、マンホール６１を吊下管３に形成してもよい。マンホール６１は、中間軸受３１の直ぐ上方に位置しており、作業員は足場６５を使ってマンホール６１から吊下管３内に進入することができる。図１９に示す例と同様に、マンホール６１は、通常は着脱可能な蓋６２により覆われており、中間軸受３１の交換時には蓋６２が取り外される。
【００５１】
立軸ポンプが、その内部に作業員が入ることができない小口径ポンプの場合は、図２１に示すように、吐出曲管４を取り外すことで中間軸受３１の交換を行うことができる。吐出曲管４はポンプベース２３に着脱可能な吸込側フランジ４ａを有している。したがって、吐出曲管４を、ポンプベース２３、吊下管３、およびルーズフランジ式管継手５０から切り離すことによって吐出曲管４を立軸ポンプから取り外すことができる。吐出曲管４を取り外すときは、最初に自在軸継手４５が回転軸６および駆動軸４２から切り離される。このように自在軸継手４５が取り外し可能であるので、減速機４１および駆動源４３を移動または撤去する必要がない。
【００５２】
図２２に示すように、ジャッキ６３により吐出曲管４を持ち上げて、その状態で中間軸受３１の交換を行ってもよい。この例では、吐出曲管４の仮置きスペースが不要であるので、作業スペースに制限がある場合には、この例は有利である。なお、図２２に示すジャッキ６３を用いる方法は、作業員が内部に入ることができる大口径ポンプにも適用することができる。
【００５３】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５４】
１ ガイドケーシング
１ａ 吸込ベルマウス
１ｂ 吐出ボウル
２ ポンプケーシング
３ 吊下管
４ 吐出曲管
５ 水槽
６ 回転軸
１０ 羽根車
１１ 外軸受
１２ 水中軸受
１３ ボウルブッシュ
１４ ガイドベーン
１９ ハンドホール
２０ 吐出配管
２２ ポンプ据付床
２３ 据付用ベース
２４ ポンプ挿通孔
３１ 中間軸受
３２ 軸受パッド
３３ 軸受ホルダー
３５ 軸受ケーシング
３６ 上部カバー
３７ ボルト
４１ 減速機
４２ 駆動源
４２ 駆動軸
４５ 自在軸継手
５０ ルーズフランジ式管継手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と、
前記羽根車が収容され、ガイドベーンが内部に配置されたガイドケーシングと、
前記ガイドケーシングを水槽内に吊下げる吊下管と、
前記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、
前記吐出曲管および前記吊下管を通って延び、前記羽根車が固定される回転軸と、
前記吐出曲管の上部に配置された外軸受と、
前記羽根車の下方に配置された水中軸受と、
前記外軸受と前記水中軸受との間に配置された中間軸受と、
前記中間軸受が収容され、開口した上端部を有する軸受ケーシングとを備え、
前記中間軸受は、前記回転軸の軸方向に沿って分割可能な複数の分割体から構成されていることを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
前記水中軸受の軸支持面と前記中間軸受の軸支持面は、耐摩耗性の異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記中間軸受は、前記吊下管の上端近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記中間軸受は、前記吐出曲管内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記中間軸受の外周面と前記軸受ケーシングの内周面との間には隙間が形成されてい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立軸ポンプ。
【請求項６】
前記軸受ケーシングの底部には、前記中間軸受の下部が嵌合する嵌合穴が形成されており、前記嵌合穴は前記回転軸と同心上に位置していることを特徴とする請求項５に記載の立軸ポンプ。
【請求項７】
前記隙間には、高粘性流体が封入されていることを特徴とする請求項５に記載の立軸ポンプ。
【請求項８】
前記回転軸と、該回転軸を駆動するための駆動軸とを連結する自在軸継手をさらに備え、
前記自在軸継手は、前記駆動軸のトルクを前記回転軸に伝達しつつ、軸方向に伸縮可能に構成されており、
前記外軸受は、前記回転軸のラジアル荷重およびスラスト荷重を受けることが出来るように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項９】
前記吐出曲管は前記吊下管から切り離し可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項１０】
前記吐出曲管の吐出側端部に着脱可能に取り付けられたルーズフランジ式管継手をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項１１】
前記吐出曲管に連結される吐出配管をさらに備え、
前記吐出配管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項１２】
前記吊下管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項１】
羽根車と、
前記羽根車が収容され、ガイドベーンが内部に配置されたガイドケーシングと、
前記ガイドケーシングを水槽内に吊下げる吊下管と、
前記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、
前記吐出曲管および前記吊下管を通って延び、前記羽根車が固定される回転軸と、
前記吐出曲管の上部に配置された外軸受と、
前記羽根車の下方に配置された水中軸受と、
前記外軸受と前記水中軸受との間に配置された中間軸受と、
前記中間軸受が収容され、開口した上端部を有する軸受ケーシングとを備え、
前記中間軸受は、前記回転軸の軸方向に沿って分割可能な複数の分割体から構成されていることを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
前記水中軸受の軸支持面と前記中間軸受の軸支持面は、耐摩耗性の異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記中間軸受は、前記吊下管の上端近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記中間軸受は、前記吐出曲管内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記中間軸受の外周面と前記軸受ケーシングの内周面との間には隙間が形成されてい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立軸ポンプ。
【請求項６】
前記軸受ケーシングの底部には、前記中間軸受の下部が嵌合する嵌合穴が形成されており、前記嵌合穴は前記回転軸と同心上に位置していることを特徴とする請求項５に記載の立軸ポンプ。
【請求項７】
前記隙間には、高粘性流体が封入されていることを特徴とする請求項５に記載の立軸ポンプ。
【請求項８】
前記回転軸と、該回転軸を駆動するための駆動軸とを連結する自在軸継手をさらに備え、
前記自在軸継手は、前記駆動軸のトルクを前記回転軸に伝達しつつ、軸方向に伸縮可能に構成されており、
前記外軸受は、前記回転軸のラジアル荷重およびスラスト荷重を受けることが出来るように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項９】
前記吐出曲管は前記吊下管から切り離し可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項１０】
前記吐出曲管の吐出側端部に着脱可能に取り付けられたルーズフランジ式管継手をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項１１】
前記吐出曲管に連結される吐出配管をさらに備え、
前記吐出配管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項１２】
前記吊下管にはマンホールが形成されており、前記マンホールは着脱可能な蓋により覆われていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１３７０７４（Ｐ２０１２−１３７０７４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１６５３（Ｐ２０１０−２９１６５３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【出願人】（５０６２３６８２０）株式会社 荏原由倉ハイドロテック (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【出願人】（５０６２３６８２０）株式会社 荏原由倉ハイドロテック (31)
【Ｆターム（参考）】
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