JPH0228012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は回転軸と静圧軸受接触時にかじりが生
じた場合でも回転軸が回転しうる回転軸の軸受に
関する。

〔発明の背景〕

高速炉の冷却材主循環系には、一次循環系、二
次循環系共機械式ポンプと呼ぶ、堅型遠心ポンプ
を用いる。この遠心ポンプの従来例として上記二
次循環系ポンプの例を第１図に示す。堅型遠心ポ
ンプは、循環させるべき液体ナトリウム１６を吸
込ノズル１０から吸込んで出口ノズル９を介して
循環系に送りだすための回転するインペラー１４
とこのインペラー１４に回転力を伝達する回転軸
１１とこの回転軸１１をナトリウム中で支持する
静圧軸受１３と回転軸１１と静圧軸受１３を覆い
両者の周囲にある液体ナトリウムを外気から遮断
するアウタケーシング５と静圧軸受１３を取付け
た軸受台６を保持するインナケーシング３等を主
体にして構成してある。アウタケーシング５には
吸込ノズル１０および出口ノズル９のほかオーバ
フローノズル１２を設けてあり、静圧軸受１３Ｅ
への潤滑のために供給した液体ナトリウムは、イ
ンナケーシング３に設けたナトリウム排出口１５
を経てこのオーバフローノズル１２から、戻りナ
トリウム１８として循環系（ポンプ吸込側）に戻
す。アウタケーシング５上部はこのポンプを支持
固定するためのフランジ１に取付けてある。前記
回転軸１１はフランジ１を貫通して大気中に取出
してありフランジ１上方において回転軸１１を支
える軸受を介して回転動力源となるモータに接続
してある。フランジ１の内側には、放射線遮蔽体
２がある。インナケーシング３は放射線遮蔽体２
にその上端を固定してある。前述のインナケーシ
ング３に設けたナトリウム排出口５のレベルが、
インナケーシング３内およびアウタケーシング５
内におけるナトリウム液体となる。ナトリウム液
面上には不活性ガス層（カバーガス層）がある。
このカバーガス層中には、高温ナトリウムからの
熱がポンプ上方に伝わるのを阻止するために熱遮
蔽板４を設けてある。熱遮蔽板４は、インナケー
シング３に固定してある。

静圧軸受１３Ｅと回転軸１１との潤滑はインペ
ラー１４のナトリウム吐出圧力を利用してその吐
出ナトリウムの一部を潤滑ナトリウム１７として
供給して行う。（潤滑ナトリウム１７）潤滑ナト
リウム１７を効率よく静圧軸受１３Ｅに供給する
ため、軸受台６の外周にはシール材７を取付けシ
ール材７をアウタケーシング５の内壁に接触する
ようにしてある。

以上のべた第１図のポンプ構成部品のうち、静
圧軸受１３Ｅと相接する回転軸１１の一部を抜出
して示したのが第２図である。第２図において、
静圧軸受１３Ｅの内側は凹凸の形状を持つた構造
になつており、回転軸１１に対し凹部になつた部
分に潤滑ナトリウム１７が静圧軸受の圧力供給孔
１９を通して供給される。供給された潤滑ナトリ
ウム１７の圧力はインペラー１４による吐出圧力
とほぼ等しい圧力であり、この圧力が回転軸１１
のラジアル方向支持力となる。凹部の両側にある
３つの凸部は凹部における潤滑ナトリウム１７が
この部分から流出しにくいように設けたものであ
る。

この凸部と回転軸１１との間隙は、0.3mm前後
である。ポンプ起動時あるいは停止時には回転軸
１１の回転数が低く、静圧軸受１３Ｅに供給する
潤滑ナトリウム１７の圧力は、回転軸１１を支持
するのに充分な圧力にはなつていない。このこと
から、回転軸１１の横振れが生じ回転軸が偏心し
りたり傾むく（点線で示した回転軸１１）と回転
軸１１と静圧軸受１３Ｅの前記凸部が接触し両者
が摺動している状態で回転軸１１が回転する可能
性がある。このような摺動状態が続くと両者のか
じり、回転軸１１の変形に発展する恐れがある。

このような回転軸１１と静圧軸受１３Ｅの接触
摺動の恐れは地震発生時においても同様である。
機械式ナトリウムポンプを急激に停止することは
原子炉炉心で発生した熱を除去する機能を失うこ
とになる。このことから、同ポンプは熱除去機能
を他の代替装置で行えるだけの時間はその運転を
継続しなければならない。（この代替装置の運転
と並行して炉心はスクラムすることになる。）こ
の継続運転は徐々にポンプ回転数を下げる過程が
あるので、これがために潤滑ナトリウム１７の圧
力が充分でない状態が生じて前述の如き恐れが生
じやすい。よつて、充分な継続運転を行つて余裕
を持つて運転停止へ移行することができにくい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、機械式ナトリウムポンプ等の
静圧軸受を有する回転装置において、回転軸と静
圧軸受が接触した時に生じる回転軸の変形、かじ
り事故を防止し、かつ接触摺動により万一かじり
事故が生じた場合でも回転軸の回転を可能にする
静圧軸受を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、回転軸を囲むように配置され、潤滑
圧力流体の供給孔を備えた第１の部分と、前記第
１の部分に前記回転軸まわりで回転自在に取付け
られた第２の部分とを有し、前記第２の部分は前
記第１の部分よりも前記回転軸に近接している部
分を有し、前記近接している部分は前記回転軸の
軸長方向に複数配置され、前記近接している部分
の前記回転軸の軸長方向の間には前記回転軸方向
に開口されている室を前記供給孔と連通して備え
ている回転軸の軸受であつて、正常時には前記供
給孔から前記室内に供給された潤滑圧力流体が前
記回転軸と前記回転軸に近接している前記第２の
部分のすき間に供給されて静圧軸受状態による自
動調芯作用にてスムーズな軸回転となるとともに
調芯作用が失われて回転軸が第２の部分と接する
と、この第２の部分が回転軸と共に回転して回転
軸と軸受との接触摺動による損傷を防止できる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の各実施例を第３図から第１０図
までの各図に基づいて説明する。

以下に述べる各実施例はいずれも第１図に示す
ポンプに採用した例である。

本発明の第１実施例は、第３図から第６図まで
の各図に示されている。

第１実施例は、第３図の如く、圧力供給孔１９
を備えた軸受ベース１３（第１の部分）は、従来
の静圧軸受にくらべて回転軸１１側へ突き出た凸
部が無くなつたと同様な形状を有する。この軸受
ベース１３の内側にころがり軸受２１ｃ，２１ｂ
を組み込み、次に圧力供給孔１９ａが開口されて
いるスペーサ２０を上方からころがり軸受２１ｂ
上に当るまで静圧軸受１３内へ差し込み軸受２１
ｂが上下にずれないようにする。次にころがり軸
受２１ａをスペーサ２０上端に当るまで静圧軸受
１３内へ組み込まれる。両ころがり軸受２１ａ，
２１ｃは静圧軸受１３から抜け出ないようにうめ
込みキーやうめ込みねじ等を利用して后述のアウ
ターレース部分を静圧軸受１３に固定する。尚、
ころがり軸受２１ｂのアウターレース部を静圧軸
受１３へキー止めしておくころがり軸受２１ａ，
２１ｂ，２１ｃはいずれも第４図、第５図の構造
を有する。即ち、ころがり軸受２１ａ，２１ｂ，
２１ｃは、ころがり体である多数のボール２３を
インナーレース２５（第２の部分）とアウターレ
ース２４とではさみ、各ボール２３はホルダー２
６で回転自由に且つ各ボール２６間隔が変動せぬ
ように維持されている。

インナーレース２５とアウターレース２４との
間隙には第５図の如くＶ字状のばね板２２が回転
抑止抵抗体として押し入れられている。このばね
板２２は、Ｖ字形の両端を開きぎみにして両レー
ス２４，２５に当ててセツトしてあるので、ある
程度の回転力をインナーレース２５に加えても、
このインナーレース２５はアウターレース２４に
対して相対的回転作用を起こすことはできない。
このばね板２２の個数やセツト時のばね力は、イ
ンナーレースの回転をどの程度の回転トルク以上
で許すようにするかによつて決定される。しか
し、ばね板２２の個数についてはバランス保持の
観点から３個以上として等角度間隔に配置するこ
とが望ましい。

各ころがり軸受２１ａ，２１ｂ，２１ｃのイン
ナーレース２５の内径は容易に回転軸１１と接し
ないように、あるいは容易に潤滑ナトリウム１７
と接しないように、あるいは容易に潤滑ナトリウ
ム１７が通過できないように約0.3mm程度のすき
間が回転軸１１との間で生じるように決定され
る。

このすき間が大きくて、回転軸１１の回転で生
じる潤滑ナトリウム１７の回転軸１１廻りの運動
ではインナーレース２５が回転できないような場
合には、回転抑止抵抗体は必要としない。

このような軸受ベース１３ところがり軸受２１
ａ，２１ｂ，２１ｃとを基本としている組み立て
体は、インナーレース２５内側に回転軸１１を通
すことでポンプに組み込まれている。

従来の静圧軸受の凸部にはステライト系統の硬
度の大きい材料を用い、回転軸１１にはオーステ
ナイトステンレス鋼（SUS304等）を用いる。両
者の硬度の比は、前者の方が後者に比べて２〜３
倍大きい。この硬度差により、回転軸１１表面に
摺動跡がのこつたり、傷、変形が生じやすい。各
ころがり軸受２１ａ，２１ｂ，２１ｃを形成する
インナーレース２５とアウターレース２４とボー
ル２３等は前述のステライトのような硬い材料を
用いる。

第２図において実線で示した回転軸１１の状態
は正常状態つまり偏心しないで回転している状態
を示し、点数で示した回転軸１１の状態が偏心し
て従来の静圧軸受に接触した状態である。このよ
うな状態変化が運転中に生じた場合の軸トルク変
化を示したものが第６図である。横軸は運転経過
時間、縦軸は回転軸１１の軸トルクの変化であ
る。正常に回転軸１１が回つている時には、図の
左側領域Ａに示すように一定の軸トルク量を示
す。この領域Ａにおいては、回転軸１１がインナ
ーレース２５とすき間を保つて回転する正常状態
であるから回転軸１１はインナーレース２５と接
することなく抵抗なく回転して軸トルクは低く且
つ一定である。このような正常状態では、潤滑ナ
トリウム１７が高圧状態で圧力供給孔１９から軸
受ベース１３内側へ入つて回転軸１１を従来例と
同様に周囲部材と接しないように中心に保持する
という自動調芯効果が得られる。このような正常
運転中において地震が発生し静圧軸受における自
動調芯効果が及ばなくなつた時、回転軸１１はイ
ンナーレース２５に接触し両者は摺動する。摺動
状態が極めて軽度（回転軸に摺動跡がのこる程
度）な場合には軸トルクの変化は少なくほとんど
読みとることが出来ない。

第６図の中央領域Ｂに示した強い接触状態時に
相当するトルク変化になると軸トルク変化は大き
くつて、軸トルクがある値（Ｄ点）になるとアウ
ターレース２４からばね板２２で回転抑止させた
インナーレース２５が回転軸１１と共にまわり始
める。ばね板２２に与える回転抑止力幾らに設定
するかは設計時に決めるが、この値は例えば正常
回転時における軸トルク量に対して50％増加した
時にばね板２２の押付力に抗してインナーレース
２５が回転しはじめると言つたような形で与え
る。インナーレース２５が回転軸１１とともに回
りはじめると、軸トルクはＤ点から低下しころが
り軸受２１ａ，２１ｂ，２１ｃのころがり摩擦に
見合つた分の軸トルク増加が生するが、右側領域
Ｃの如くその変化量は読みとることが出来ない程
少ない。（軸トルク変化は回転軸１１とインナー
レース２５が軽い摺動状態にある時よりも小さい
と考える。） ころがり軸受が回り始めてから回転装置（この
場合は機械式ナトリウムポンプ）を止めるまでの
時間は回転装置が止つても、その他の機器に影響
を与えない処置をこうずることが出来るこめの余
裕時間で原子炉の場合には、代替冷却系の運転、
炉心のスクラム等を行うための時間である。第６
図中のＥ点はポンプ停止時点である。

回転装置停止後は回転軸１１や軸受ベース１３
を含め回転装置を点検する必要がある。ころがり
軸受の短時間内（数時間）におけるナトリウム中
での運転に対する健全性は確認済であるが、溶融
ナトリウムの粘度は低く、油のように潤滑膜を形
成しにくい。この理由から長時間にわたつてころ
がり軸受を回転させるのはむずかしい。第５図に
示した構成だけに改良を加えた第２実施例を示し
たのが第７図、同じく第３実施例が第８図であ
る。第７図は、回転抑止抵抗手段に片支持形のば
ね板２２を使用した例で、ばね板２２の一端をイ
ンナーレース２５に固定し他端をアウターレース
２４へばね力を加えて接触させたものである。第
２実施例を第５図と比較すると第７図の方には以
下の欠点があるが他は第１実施例と同じ作用が得
られる。

(1) 片支持形式であるからばね板厚を厚くしなけ
ればならない。

(2) 第７図において反時計方向の回転に対しては
有効であるが、逆方向に回つた場合には、アウ
ターレース２４摺動面の小さなくぼみ等にばね
板２２の自由端がひつかかり破損する可能性が
高い。損破した破片は回収しにくく、回転装置
の運転に支障をきたすこともある。

第８図の第３実施例は、ばね板のように弾性材
による性質を使用したものでなく、極めて剛性の
高い材料、例えばステンレス鋼製のピン等を使用
したもので、インナーレース２５にピン２２ａの
一端を固定し、他端をアウターレース２４に設け
た溝２４ａ内に入れたもので、ピン２２ａと溝２
４ａとで回転抑止手段の役目をするものである。
このピン２２ａの太さは、第６図でのべたインナ
ーレース２５が回転しはじめる軸トルクの大きさ
に見合つた応力がピンにかかつた場合に、変形し
てアウターレース２４の溝２４ａから外れるよう
に設定する。

第８図で説明した第３実施例では、第５図で説
明した例に比べると次のような短所を有するが他
は第１実施例と同様な作用が得られる。

(1) ピン２２ａが変形により折れることも考えら
れ、折れた破片を回収しにくい。

(2) ピン２２ａがアウターレース２４の溝から外
れる時に溝２４ａが変形することが考えられ、
再使用する場合には再度加工しなければならな
い。

(3) 変形したピン２２ａの再使用は出来ないの
で、軽い摺動でピン２２ａが溝２４ａから外れ
たような場合には、本発明のポイントとなる回
転抑止の機能を喪失する。

この他、回転抑止手段に焼結金属等の軟らかい
金属を用いることも考えられるが、第８図の説明
中(1)、(3)でのべた短所がそのまま該当し、適当な
回転抑抵抗手段とは言えず、また設計もむずかし
いと考える。

第９図は本発明の第４実施例であつて、潤滑ナ
トリウム１７を回転軸１１側へ供給する圧力供給
孔１９を備えた部分１３ａ（第１の部分）と、凹
凸が内側に備わるとともに圧力供給孔１９ｂを備
えた部分１３ｂ（第２の部分）とをベアリングボ
ール２３で回転自由に組み付け、さらに、前述の
いずれかの回転抑止抵抗手段２２，２２ａを各部
分１３ａ，１３ｂの間に採用したものである。

この実施例も回転軸１１が部分１３ｂに強く接
すると、回転軸１１と部分１３ｂとが共まわりし
て安全である。しかしながら (1) ボールベアリング軸受構成が大型になり、設
計、製作上非常にむずかしいものになる。

(2) 潤滑ナトリウム１７の各圧力供給口１９，１
９ａの位置合わせで、製作時あるいは回転装置
に組込む場合、難しい作業になり、静圧軸受の
良さを損う恐れがある。

(3) ボールベアリング軸受構成の交換時には、軸
受すべてを交換することになり不経済である。

以上の各実施例では、単列ボールベアリング型
を説明したが接触荷重の大きさによつては、複列
ボールベアリング型、ローラベアリング型（単
列、複列）等を選択出来る。

回転装置正常運転時の軸受においては潤滑ナト
リウムの圧力が問題になり、軸受から逃げる潤滑
ナトリウムに対し、出来るだけ流動抵抗の大きい
構造にする。本発明においてもこの問題は同じで
あり、回転軸と軸受の間隙0.3mm前後に対しころ
がり軸受の両レース２４，２５の間隙は充分小さ
くできる。

操作上大きくなる場合には、第１０図に示した
ころがり軸受のようにインナーレース２５にシー
ル板２７を固定して取付、潤滑ナトリウムの圧力
の逃げを最小にすることが出来る。

いずれの実施例においても、回転軸が振動等に
より偏心して回転し軸受に接触しても、軸受部分
自身が回転するので回転軸の変形、かじりを防止
することが出来、かつ万一かじりが生じた場合で
も回転軸は回転しうるので回転停止までに時間的
余裕を持つた運転を可能にする。また、軸受と回
転軸が軽い接触をおこした時には軸受の回転を抑
止する働きにより静圧軸受状態が維持された静圧
軸受が本来有する自動調芯効果で正常運転に自動
的に戻ることが出来、かつ静圧軸受に組込んだこ
ろがり軸受の寿命を低下させることがない。正常
運転時には軸受に回転部分がないという従来の静
圧軸受の長所を減ずることはない。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、回転軸の変形や
かじりを防止して回転軸や軸受の損傷をなくする
ことのできる静圧軸受原理を利用した軸受を提供
出来、かつ万一かじり事故が生じた場合でも回転
軸の回転を可能にする軸受を提供出来る効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転装置の一例としての機械式ナトリ
ウムポンプ断面図、第２図は第１図の要部拡大断
面図、第３図は本発明の第１実施例による軸受断
面図、第４図は第３図で用いたころがり軸受の１
例を示す要部断面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断
面図、第６図は機械式ナトリウムポンプ軸トルク
変化を示したグラフ図、第７図は本発明の第２実
施例を示し第２図に相当する断面図、第８図は同
じく第３実施例を示す断面図、第９図は本発明に
よる第４実施例を示す第２図相当の断面図、第１
０図は本発明に用いて好適なころがり軸受の断面
図である。 １３……軸受ベース、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
……ころがり軸受、２２……ばね板、２２ａ……
ピン、２４ａ……溝、２７……シール板、１１…
…回転軸、２３……ベアリングボール、２４……
アウターレース、２５……インナーレース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸を囲むように配置され、潤滑圧力流体
   の供給孔を備えた第１の部分と、前記第１の部分
   に前記回転軸まわりで回転自在に取付けられた第
   ２の部分とを有し、前記第２の部分は前記第１の
   部分よりも前記回転軸に近接している部分を有
   し、前記近接している部分は前記回転軸の軸長方
   向に複数配置され、前記近接している部分の前記
   回転軸の軸長方向の間には前記回転軸方向に開口
   されている室を前記供給孔と連通して備えている
   回転軸の軸受。 ２ 前記第２の部分は、第１の部分に取り付けた
   転がり軸受のインナーレースであることを特徴と
   した特許請求の範囲の第１項に記載の回転軸の軸
   受。 ３ 前記第１の部分は第２の部分へ接する回転抑
   止抵抗体を介して取り付けたことを特徴とした特
   許請求の範囲の第１項に記載の回転軸の軸受。 ４ 前記回転軸は、ころがり体をはさむインナー
   レースとアウターレースとから成り、回転抑止抵
   抗体は前記両レースの一方に一部が当たるよう
   に、他方に他部が当たるように設けた部材である
   ことを特徴とした特許請求の範囲の第２項に記載
   の回転軸の軸受。 ５ 前記回転軸は、インナーレースとアウターレ
   ースとのすき間の回転軸長手方向の開口をふさぐ
   ように配置したシール板を有し、前記シール板の
   一端が前記両レースの一方に固定されることを特
   徴とした特許請求の範囲の第４項に記載の回転軸
   の軸受。