JPH0152986B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 この発明は水中電動機のスラスト軸受、特に水
中ポンプに連結して用いられる水中電動機の上向
きスラスト軸受に関する。

「従来の技術」 下部に電動機上部にポンプを配した水中ポンプ
は通常、ポンプインペラとライナリングを組合せ
て、常に下向きスラストが加わる様になつてい
て、そのスラスト力は水中ポンプ下方に連結され
た水中電動機に設けたスラスト軸受にて担持され
るようになつている。そして電動機軸が上方へ移
動しないように上向きのスラストを受けるスラス
ト軸受を設けている。

このスラスト荷重の設定の仕方は例えば下向き
のスラストを1tonとすると上向きのスラストはそ
の10分の１の100Kgとしてポンプ運転点を決めて
いる。

従つて、上向きのスラストを受けるスラスト軸
受は円環状に連続した摺動面としたソリツド形の
スラスト軸受とすることもあるが単なるラジアル
メタルのつばで担持することも少なくない。そし
て上向きのスラストを受ける軸受は電動機軸側の
摺動部材と固設した側の軸受メタルとは常時摺擦
するようにしないで軸方向に隙間をあけ、下向き
のスラストが上向きに変わり電動機軸が持上ると
該隙間がなくなつて上向きのスラストを受けるス
ラスト軸受は固設側と回転側の摺動部材が摺擦す
るようになつている。

「発明が解決しようとする問題点」 上述した立形水中ポンプにおいては、起動時及
び過大流量の運転状態において、上向きのスラス
トが作用する。その為、上向きのスラストを受け
るスラスト軸受に対する負荷能力からポンプ運転
点が制限されると共に、吐き出し弁を用いて流量
を調節しなければならない。始動時の上向きスラ
ストは、衝撃的に作用する為、つば形状のソリツ
ド形の軸受が用いられる。つば形状のスラスト軸
受では連続運転時の過大流量域において上向きス
ラスト荷重の負荷容量が小さいという欠点があ
り、大容量とするのは困難である。そこで、負荷
容量の大きいミツチエル形（キングスベリー形）
等の浮動軸受を上向きスラスト軸受として用いる
ことを本願発明は提案するものである。しかし、
スラストパツドとスラストパツドと摺擦する部材
例えばカーボン材（又は他の金属材料）とは0.5
〜１mmのクリアランスがある。つまり、スラスト
パツドは固定されているのではないので、パツド
とカーボン材の状態によりスラストパツドがびび
り振動をする。

かゝる上向きのスラストを受けるスラスト軸受
のびびりはスラストパツドが摺動面を下にして中
吊りの形であり、これに対して電動機軸側の摺動
部材はポンプに発生する流体力学的推力の変動と
電動機軸が担持している電動機のロータ、ポンプ
軸、羽根車等の重量の下向きの一定推力により絶
えず下方向に附勢されており、上向きのスラスト
の変動割合を大ならしめているため、上向きの推
力の小さい間では電動機軸が浮動状態であり、上
向きの推力が大きい状態においてもスラストパツ
ドと相手摺動部材間の面圧の変動割合を大ならし
めるためと考えられる。

この発明は水中ポンプに用いられる水中電動機
のスラスト軸受における上記問題点を解消し、上
向きのスラスト荷重に対する負荷能力が大きく、
且つ、上向きのスラスト荷重に際してびびり現象
の生じないスラスト軸受を備えた水中電動機を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

「問題点を解決するための手段」 下向きスラストを受けるスラスト軸受及び上向
きスラストを受けるスラスト軸受を内蔵した水中
電動機において、上向きにスラストを受ける浮動
軸受は、電動機軸に取付けた回転摺動部材と摺動
するスラストパツドを備え、該スラストパツドは
揺動支点と脚を有し、揺動支点が上部ブラケツト
に接する位置と離れた位置をとるように脚が上部
ブラケツトの軸方向の穴に遊嵌保持され、スラス
トパツドと上部ブラケツトとの間において脚にば
ねが縮設されたことを特徴とする水中電動機。

「作用」 ポンプを連結した電動機の始動時等に瞬間的上
向きのスラストにより電動機軸が持上げられると
上向きのスラストを受けるスラスト軸受のスラス
トパツドは圧縮ばねに抗して持上げられるのでス
ラストパツドとスラストパツドを支持する電動機
の上部ブラケツトとの間の衝突は緩和され、衝撃
が殆んどなくなる。回転速度が変化してポンプの
運転点の変化により上向きのスラストの減少と下
向きのスラストが等しくなる時点を越えると静か
に電動機軸は下り下向きのスラストを受けるスラ
スト軸受に担持される。

過大流量域において、上向きのスラストに対し
て上向きのスラスト軸受が負荷容量の大きい浮動
式のスラスト軸受となつており連続運転可能とな
る。

「実施例」 以下、図面に従つてこの発明の実施例について
説明する。第１図は縦断面図である。

電動機フレーム１には上下端に外フランジが設
けられ上端に上部ブラケツト２が密封輪３を介し
て嵌入しボルト４により固定され、下端に下部ブ
ラケツト５が密封輪６を介して嵌入し、ボルト７
により固定されている。電動機軸８は上下部ブラ
ケツト２，５に夫々嵌入固定されたラジアルメタ
ル９，１１に滑入してラジアル荷重を支持され、
下部ブラケツト５に支持される浮動式のスラスト
軸受１２に電動機軸８下端が係合して下向きの推
力を担持され、上部ブラケツト２に支持される浮
動式のスラスト軸受１３により電動機軸８に加わ
る上向きの推力を担持されている。スラスト軸受
１２，１３は同一負荷容量のものである。

上下部ラジアルメタル９，１１間で電動機軸８
にはロータ１４が嵌入固定され、ロータ１４と空
隙をおいてステータ１５が電動機フレーム１に嵌
入固定されている。下部ブラケツト５には下部ラ
ジアルメタル１１が嵌入するボス部の周囲でステ
ータ１５の下側のコイルのコイルエンド支持ゴム
２０の置かれた壁２５にあけられた連通孔１６に
より電動機室内に連通する凹部となつたダイヤフ
ラム室１７が下側から設けられ、ダイヤフラム室
１７にはダイヤフラム１８が嵌入してダイヤフラ
ム１８のフランジに孔１９のあいた押え板２１が
当接して該ダイヤフラム１８の周縁をボルト２２
により押え板２１と共に下部ブラケツト５に共締
め固定してある。２３は押え板２１の中心の上向
きの凸座の周囲とダイヤフラム１８の底に当接し
ダイヤフラム１８の底の中心の突起に嵌入してい
るばね受板２４との間に挿入された円錐形コイル
状の圧縮ばねである。

上下部ブラケツト２，５には下部に内外を通ず
る多数の孔を設けた円筒形板金製の吸込ケーシン
グ２６が嵌入し、ボルト２７，２８により固定さ
れている。

上部ブラケツト２にはポンプの吸込カバー（不
図示）が嵌入する嵌合部２９及び締結用のめねじ
３１を備える。

上部ブラケツト２に嵌入しボルト３２により固
定された軸封ケース３３中においてメカニカルシ
ール３４、その外部側で軸封ケース３３に嵌入し
電動機軸８と摺擦するオイルシール３０、及び電
動機軸８に嵌入固定され、リツプ部が軸封ケース
３３の上部先端円筒形部の外周に嵌め込まれたシ
ールプレートに接近するサンドスリンガ３５によ
り軸封されて電動機軸８は上部へ突出している。

吸込ケーシング２６と電動機フレーム１間に出
来る吸込通路３６は大略吸込ケーシング２６の内
径と電動機フレーム１の外径により定まる中空円
筒形状である。一方、吸込カバーの上端の羽根車
直前の吸込通路は大略羽根車の吸込口側端外径と
電動機軸８端に嵌入固定される軸継手の外径によ
り定まる中空円筒形状であり（不図示）、上部ブ
ラケツト２中の吸込通路３７は吸込通路３６と吸
込カバーの吸込通路を通じて流れ学上死水領域を
作らず、渦を発生させない形状としてある。

上部ブラケツト２の内外部材３９，３８間には
整流と内外部材を連結する機能を有する整流板４
１が設けてある。整流板の内の一つにはケーブル
４２の導入トンネル４３が一体に設けられる。

浮動式スラスト軸受１２は下部ブラケツト５の
端面に当たる支点４４により中心部を支持される
スラストパツド４５が電動機軸８に嵌入固定され
たスラストデイスク４６に対して回らないように
保持されるスラストカーボン板４７に摺擦してい
る。スラストパツド４５は夫々二本の脚４８が下
部ブラケツト５の端面から軸方向にある孔に嵌入
することにより回り止めされている。夫々のスラ
ストパツドの脚４８の一つは下部ブラケツト５の
ボス外周に設けた円周方向の溝中に突出して、該
脚４８に設けた切欠きに該下部ブラケツト５のボ
ス外周の円周溝中をとおるｏリング状の弾性輪４
９がはめ合わされることにより保持されている。
該弾性輪４９は組立時下部ブラケツト５からスラ
ストパツド４５を脱落しないようにするものであ
る。

第２図は第１図の浮動式スラスト軸受１３の正
面図である。

浮動式スラスト軸受１３は上部ブラケツト２の
ラジアルメタル９取付位置の下端面に当たること
のできる支点５１により中心部を支持されるスラ
ストパツド５２が電動機軸８に嵌入固定されたス
ラストデイスク５３に例えばポリエステルででき
たシム５４を介して保持されるスラストカーボン
板５５に摺擦している。スラストデイスク５３、
シム５４、スラストカーボン板５５の軸方向には
回り止めピン５６が嵌入している。スラストデイ
スク５３、シム５４、スラストカーボン板５５、
回り止めピン５６は電動機軸８に取付けられた回
転摺動部材をなしている。上部ブラケツト２の上
部ラジアルメタル９取付位置の下端部には外向き
の周方向の突部２ａが設けられ、該突部２ａに電
動機軸８の軸方向の貫通孔２ｂが周方向に多数配
設されている。スラストパツド５２は夫々二本の
脚５７が上部ブラケツト２の端面から軸方向にあ
る貫通孔２ｂに嵌入することにより回り止めされ
ている。スラストパツド５２の摺動面部材５８の
背面に一端が当接し、他端が座金のばね座５９を
介して上部ブラケツト２の下端面に支持される圧
縮ばね６１が脚５７に挿入されている。夫々のス
ラストパツドの脚５７は上部ブラケツト２のボス
外周に設けた円周方向の溝中に突出して、該脚５
７に設けた脚５７の軸直角方向の切欠き溝に該上
部ブラケツト２のボス外周の円周溝中をとおるｏ
リング状の弾性輪６３が各脚５７を包絡するよう
に嵌入し保持されている。該弾性輪６３は組立時
上部ブラケツト２からスラストパツド５２を脱落
しないようにするものである。

上述したスラストパツドの脚に入るばね６１は
第２図に示すようにスラストパツドの支点５１が
上部ブラケツト２の下端面から離れ、電動機軸８
が下部の浮動式のスラスト軸受１２に担持される
状態において自由長となつているかスラストパツ
ド５２とスラストカーボン板５５間に軽い圧接力
を与えるようになつており、スラストパツドの支
点５１が上部ブラケツト２の下端に接する状態に
おけるばね６１の圧縮力はスラストパツド５２が
上向きのスラストに抗して上昇して支点５１と上
部ブラケツト２の下端がゆるやかに接し、且つス
ラストパツド５２が安定して運動できる強さに選
ばれている。

このように構成されたスラスト軸受を備えた水
中電動機の上部にポンプを連結して運転すると、
電動機始動時には大きな上向きのスラストが瞬間
的に加わり、電動機軸は持上げられると上側の浮
動式のスラスト軸受１３のスラストデイスク５
３、シム５４、スラストカーボン板５５は共に上
昇して、スラストカーボン板５５はスラストパツ
ド５２を圧して上昇させ、ばね６１は圧縮され
る。従つて短時間に加わる始動時の上向きのスラ
ストによる電動機軸８の上方への加速力に対して
はばね６１が上向きの仕事を吸収するのでスラス
トパツドの支点５１端は上部ブラケツト２の下端
にゆるやかに着座する。このためにスラストパツ
ド５２とスラストカーボン板５５に加わる摺動面
圧力がスラストパツド５２が上部ブラケツト２に
着座するまで次第に増大するので流体潤滑が維持
されて、ばね６１がない場合のように突然摺動面
圧力が上昇し、境界潤滑状態となる現象が生じな
いから常に良好な流体潤滑状態で運転される。

電動機軸８が上昇するにつれて、下側の浮動式
のスラスト軸受１２ではスラストデイスク４６が
保持しているスラストカーボン板４７がスラスト
パツド４５から離れる。

始動時の上向きのスラストが減少し、下向きの
スラストの増大により均衡点を越えると電動機軸
８は下がる。この際のスラストの変化は通常上向
きのスラストが加わるとき程大きくなく、下側の
浮動式のスラスト軸受１２のスラストカーボン板
４７はスラストパツド４５に衝撃なく接し摺擦
し、上側のスラストパツド５２はばね６１によ
り、スラストデイスク５３と共に下るスラストカ
ーボン板５５に追従して下る。

同様にポンプ運転点がそのポンプの設計最高速
よりも大きい回転速度となり、過大流量域に入る
と始動時程急激ではないが上向きのスラストが加
わる。この上向きに加わるスラストによる上向き
の電動機軸８の加速力はばね６１により吸収され
る。そして過大流量域における大きな上向きのス
ラストは下側のスラスト軸受と同様の大きさと同
形式の浮動式のスラスト軸受としてあるから、ス
ラスト負荷は安全に担持され、過大流量で連続運
転可能となつている。

実施例は上部の浮動式のスラスト軸受１３のみ
にスラストパツドの脚にばねを挿入したが、水中
電動機に連結されるポンプによつて下向きに急速
にスラストが加わる場合は下側の浮動式のスラス
ト軸受を上側の浮動式のスラスト軸受と同様にし
てもよい。この場合において上側の浮動式のスラ
スト軸受のばねは下側の浮動式のスラスト軸受の
ばねよりもどの位置においても圧縮力が大きい必
要がある。そうしないと上側の浮動式のスラスト
軸受に急激に荷重の加わる場合が生ずる。

実施例はスラストパツドと上部ブラケツト間に
ばねを介在させたが、ばねに限られるものではな
くゴムブツシユのように減衰力の大きい弾性体を
介在させてもよく、或は弾性体と併せて液圧ダン
パを介在させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は上下部にスラスト軸受を配した水中電
動機において、上部のスラスト軸受を浮動式で且
つ弾性支持したスラストパツドを備えたスラスト
軸受としたため、上向きの大きいスラストを担持
できるので水中ポンプに用いた場合、過大流量域
とせられる回転速度にても連続運転出来る。上部
のスラスト軸受のスラストパツドは電動機軸側の
摺動部材と常に接するから、急激に上向きのスラ
ストが加わるような上記水中電動機の始動時の衝
撃がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の縦断面図、第２図
は第１図の一部拡大正面図、第３図は第２図の一
部断面で示す平面図である。 １……電動機フレーム、２……上部ブラケツ
ト、２ａ……突部、２ｂ……貫通孔、３……密封
輪、４……ボルト、５……下部ブラケツト、６…
…密封輪、７……ボルト、８……電動機軸、９…
…ラジアルメタル、１１……ラジアルメタル、１
２，１３……スラスト軸受、１４……ロータ、１
５……ステータ、１６……連通孔、１７……ダイ
ヤフラム室、１８……ダイヤフラム、１９……
孔、２０……コイルエンド支持ゴム、２１……押
え板、２２……ボルト、２３……圧縮ばね、２４
……ばね受板、２５……壁、２６……吸込ケーシ
ング、２７，２８……ボルト、２９……嵌合部、
３０……オイルシール、３１……めねじ、３２…
…ボルト、３３……軸封ケース、３４……メカニ
カルシール、３５……サンドスリンガ、３６，３
７……吸込通路、３８……内部材、３９……外部
材、４１……整流板、４２……ケーブル、４３…
…導入トンネル、４４……支点、４５……スラス
トパツド、４６……スラストデイスク、４７……
スラストカーボン板、４８……脚、４９……弾性
輪、５１……支点、５２……スラストパツド、５
３……スラストデイスク、５４……シム、５５…
…スラストカーボン板、５６……回り止めピン、
５７……脚、５８……摺動面部材、５９……ばね
座、６１……圧縮ばね、６３……弾性輪。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下向きスラストを受けるスラスト軸受及び上
   向きスラストを受けるスラスト軸受を内蔵した水
   中電動機において、上向きにスラストを受ける浮
   動軸受は、電動機軸８に取付けた回転摺動部材５
   ５と摺動するスラストパツド５２を備え、該スラ
   ストパツド５２は揺動支点５１と脚５７を有し、
   揺動支点５１が上部ブラケツト２に接する位置と
   離れた位置を取るように脚５７が上部ブラケツト
   ２の軸方向の穴に遊嵌保持され、スラストパツド
   ５２と上部ブラケツト２との間において脚５７に
   ばね６１が縮設されたことを特徴とする水中電動
   機。