特許 6618761 横軸ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6618761

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】横軸ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/046 20060101AFI20191202BHJP

   F04D 11/00 20060101ALI20191202BHJP

   F04D 29/70 20060101ALN20191202BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/046 B

   F04D11/00 101

   F04D29/046 D

   !F04D29/70 G

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-205791(P2015-205791)

(22)【出願日】2015年10月19日

(65)【公開番号】特開2017-78339(P2017-78339A)

(43)【公開日】2017年4月27日

【審査請求日】2018年5月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】金子 浩之

(72)【発明者】

【氏名】豊田 耕司

(72)【発明者】

【氏名】小宮 真

【審査官】 岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２６３２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５０２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１６２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−００２１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１０１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１９１６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１８４５５３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ １１／００

Ｆ０４Ｄ ２９／０４６

Ｆ０４Ｄ ２９／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持する筒状の水中軸受と、
前記水中軸受の外周面を保持する軸受ケーシングと、
前記回転軸の外周面に固定される軸受カバーと、を有し、
前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面と所定の隙間を有して前記回転軸に固定され、
前記回転軸の回転により前記軸受カバーが回転して、前記回転軸と前記水中軸受との間の液体及び固体を、前記回転軸と前記水中軸受との間から排出するように構成され、
前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面に対向する面からその反対側の面に連通する通水孔を有する、横軸ポンプ。

【請求項2】

請求項１に記載された横軸ポンプにおいて、
前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面に対向する面に溝部又は羽根部を有する、横軸ポンプ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された横軸ポンプにおいて、
前記軸受カバーと前記軸受ケーシングとの間の前記隙間は、０ｍｍ超３ｍｍ以下である、横軸ポンプ。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか一項に記載された横軸ポンプにおいて、
前記水中軸受は、軸方向に沿った溝をその内周面に有する、横軸ポンプ。

【請求項5】

請求項１に記載された横軸ポンプにおいて、
前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面に対向する面に羽根部を有し、
前記羽根部は、前記軸受カバーの径方向内側に位置する第１羽根部と、前記軸受カバーの径方向外側に位置する第２羽根部とを含み、
前記第１羽根部の軸方向の長さは、前記第２羽根部の軸方向の長さよりも長く形成される、横軸ポンプ。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載された横軸ポンプにおいて、
前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの一端面と前記隙間を有して回転軸に固定される第１軸受カバーと、前記軸受ケーシングの他端面と所定の隙間を有して回転軸に固定される第２軸受カバーと、を有し、
前記水中軸受及び前記軸受ケーシングは、前記回転軸と前記水中軸受との間の液体及び固体を排出するための排出孔を有する、横軸ポンプ。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか一項に記載された横軸ポンプにおいて、
前記回転軸の鉛直方向の変位を検知するように構成された変位センサを有する、横軸ポンプ。

【請求項8】

請求項７に記載された横軸ポンプにおいて、
前記軸受ケーシングは、前記変位センサを取り付けるための取付部材をその一端面に有し、
前記変位センサは、前記回転軸の前記水中軸受とは接触しない部分の変位を検知するように構成される、横軸ポンプ。

【請求項9】

請求項７又は８に記載された横軸ポンプにおいて、
前記変位センサは、第１変位センサ及び第２変位センサを含み、
前記第１変位センサと前記第２変位センサは、前記回転軸の中心を向くように、前記回転軸の周方向に異なる位置にあり且つ前記回転軸の軸中心点で非対称となる位置に配置される、横軸ポンプ。

【請求項10】

請求項７から９のいずれか一項に記載された横軸ポンプにおいて、
前記変位センサが検知した変位量のデータを受信可能に構成された制御装置を有し、
前記制御装置は、前記変位量のデータと予め設定された閾値とを比較し、前記変位量のデータが前記閾値を超えたか否かを判定するように構成される、横軸ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、横軸ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、河川水や排水などの液体を揚排水する横軸ポンプが知られている。図２１は、従来の横軸斜流ポンプの断面図である。図２１に示すように、従来の横軸斜流ポンプ１００は、吸込ケーシング１０２と、吸込ケーシング１０２の下流側にフランジ接続される吐出ケーシング１０４とを有する。また、横軸斜流ポンプ１００は、略水平方向に延在する主軸１０１（回転軸）を有する。主軸１０１は、吸込ケーシング１０２を貫通し、吐出ケーシング１０４の内部まで延在する。主軸１０１と吸込ケーシング１０２との隙間は、軸封部１０３により液密に封止される。

【0003】

主軸１０１の一端側（図中右側）は、吐出ケーシング１０４内に配置される水中軸受１１１によって回転可能に支持される。水中軸受１１１は、複数の案内羽根１０８を介して吐出ケーシング１０４に固定された内部ケーシング（内筒）１２１に、図示しないリブ等によって固定される。主軸１０１は、水中軸受１１１と摺動するスリーブ（図示せず）をその外周面に有する。また、主軸１０１の他端側は、主軸１０１を回転させるためのエンジンやモータ等の原動機の軸継手１１０に接続される。主軸１０１には、インペラ１０７がキー１０５によって固定される。これにより、主軸１０１の回転に伴ってインペラ１０７が回転する。インペラ１０７と内部ケーシング１２１とにより、水中軸受１１１を収容する空間である水中軸受室１０９が形成される。インペラ１０７の回転により、搬送液は吸込ケーシング１０２から吐出ケーシング１０４へ向かう方向に流れる。

【0004】

横軸斜流ポンプ１００は、水中軸受１１１と主軸１０１のスリーブとの間にグリースを供給するためのグリース供給部１１２ａと、水中軸受１１１と主軸１０１のスリーブとの間のグリースを排出するためのグリース排出部１１２ｂとを有する。横軸斜流ポンプ１００では、主軸１０１のスリーブの外周面が水中軸受１１１の内周面に対して摺動するので、主軸１０１のスリーブと水中軸受１１１との間の摩擦を抑制する必要がある。そこで、この横軸斜流ポンプ１００では、この摩擦による発熱等を低減するために、水中軸受１１１と主軸１０１のスリーブとの間にグリース供給部１１２ａからグリースが供給される。グリースは、図示しないポンプにより所定量ずつグリース供給部１１２ａから供給され、供給量に応じた分のグリースがグリース排出部１１２ｂから排出される。このようなグリースを用いた水中軸受装置は、例えば特許文献１等に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−２１９７２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図２１に示した横軸斜流ポンプ１００では、水中軸受１１１と主軸１０１のスリーブとの間の摩擦を低減することができる一方で、メンテナンスに手間がかかるという問題がある。具体的には、水中軸受１１１にグリースを一定で供給するための図示しないポンプ、グリース供給部１１２ａ、及びグリース排出部１１２ｂを作業員が定期的にメンテナンスする必要があり、またグリース排出部１１２ｂから排出されたグリースを処理する必要もある。また、グリースは消耗品であるので、そのコストもかかる。

【0007】

そこで、グリースを使用しない水中軸受として、セラミックからなる水中軸受や、樹脂材料からなる水中軸受が知られている。これらの水中軸受は、横軸ポンプの処理液を介して主軸のスリーブと摺動するので、潤滑のためのグリースが不要である。一方で、このような処理液はグリースに比べると潤滑性が劣るので、グリースを使用した水中軸受に比べて、水中軸受に対する摩擦力が増加する傾向がある。セラミックからなる水中軸受は一般的に耐摩耗性が良好であるので、摩擦による水中軸受の摩耗は大きな問題とならない。しかしながら、樹脂材料からなる水中軸受は、セラミックからなる水中軸受に比べて耐摩耗性が低いので、樹脂材料からなる水中軸受を用いる場合は、何らかの摩耗の対策を講じる必要がある。

【0008】

また、横軸ポンプは、様々な異物（スラリー）が含まれる処理液を処理することがある。このような場合、主軸のスリーブと水中軸受との間にスラリーを含む処理液が入り込むと、スリーブと、セラミック又は樹脂材料からなる水中軸受との間にスラリーが噛みこむことにより摩擦が増加し、スリーブと水中軸受が発熱する。スリーブと水中軸受が発熱すると熱膨張するので、スリーブと水中軸受との間の隙間（クリアランス）が小さくなる。スリーブと水中軸受との間の隙間が小さくなると、処理液に含まれるスラリーがその隙間に溜まりやすくなるので、スリーブと水中軸受との間の摩擦が増加し、さらにこれらが熱膨張する。

【0009】

このように、スリーブと水中軸受との熱膨張により上記隙間が小さくなり、スラリーがこの隙間に溜まると、隙間を処理液が流れにくくなり、スリーブ及び水中軸受の熱が処理液に吸収されず、スリーブ及び水中軸受に熱が溜まりやすくなる。また、上記隙間にスラリーが溜まると、スラリーが主軸の回転に対する抵抗となり、主軸を回転させるために必要な動力が増加するという問題もある。これらの問題は、スリーブ（主軸）と水中軸受との隙間からスラリー等が自由落下し難い横軸ポンプに特に顕著な問題であり、横軸斜流ポンプだけでなく横軸軸流ポンプにも生じ得る。

【0010】

本発明は上記問題の少なくとも一つに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、スリーブ（主軸）と水中軸受との間の処理液の流れを促進することのできる横軸ポンプを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一形態によれば、横軸ポンプが提供される。この横軸ポンプは、回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する筒状の水中軸受と、前記水中軸受の外周面を保持する軸受ケーシングと、前記回転軸の外周面に固定される軸受カバーと、を有する。前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面と所定の隙間を有して前記回転軸に固定される。横軸ポンプは、前記回転軸の回転により前記軸受カバーが回転して、前記回転軸と前記水中軸受との間の液体及び固体を、前記回転軸と前記水中軸受との間から排出するように構成される。

【0012】

上記横軸ポンプの一形態において、前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面に対向する面に溝部又は羽根部を有する。

【0013】

上記横軸ポンプの一形態において、前記軸受カバーと前記軸受ケーシングとの間の前記隙間は、０ｍｍ超３ｍｍ以下である。

【0014】

上記横軸ポンプの一形態において、前記水中軸受は、軸方向に沿った溝をその内周面に有する。

【0015】

上記横軸ポンプの一形態において、前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面に対
向する面からその反対側の面に連通する通水孔を有する。

【0016】

上記横軸ポンプの一形態において、前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの端面に対向する面に羽根部を有し、前記羽根部は、前記軸受カバーの径方向内側に位置する第１羽根部と、前記軸受カバーの径方向外側に位置する第２羽根部とを含み、前記第１羽根部の軸方向の長さは、前記第２羽根部の軸方向の長さよりも長く形成される。

【0017】

上記横軸ポンプの一形態において、前記軸受カバーは、前記軸受ケーシングの一端面と前記隙間を有して回転軸に固定される第１軸受カバーと、前記軸受ケーシングの他端面と所定の隙間を有して回転軸に固定される第２軸受カバーと、を有し、前記水中軸受及び前記軸受ケーシングは、前記回転軸と前記水中軸受との間の液体及び固体を排出するための排出孔を有する。

【0018】

上記横軸ポンプの一形態において、上記横軸ポンプは、前記回転軸の鉛直方向の変位を検知するように構成された変位センサを有する。

【0019】

上記横軸ポンプの一形態において、前記軸受ケーシングは、前記変位センサを取り付けるための取付部材をその一端面に有し、前記変位センサは、前記回転軸の前記水中軸受とは接触しない部分の変位を検知するように構成される。

【0020】

上記横軸ポンプの一形態において、前記変位センサは、第１変位センサ及び第２変位センサを含み、前記第１変位センサと前記第２変位センサは、前記回転軸の中心を向くように、前記回転軸の周方向に異なる位置にあり且つ前記回転軸の軸中心点で非対称となる位置に配置される。

【0021】

上記横軸ポンプの一形態において、上記横軸ポンプは、前記変位センサが検知した変位量のデータを受信可能に構成された制御装置を有し、前記制御装置は、前記変位量のデータと予め設定された閾値とを比較し、前記変位量のデータが前記閾値を超えたか否かを判定するように構成される。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、スリーブ（主軸）と水中軸受との間の処理液の流れを促進することができる横軸ポンプを提供することができる。これにより、スリーブと水中軸受との間を流れる処理液によって、スリーブ及び水中軸受の冷却を促進することができる。また、スリーブと水中軸受との間の処理液の流れを促進することでスラリーを排出することができるので、スリーブと水中軸受との間にスラリーが噛みこむことによる摩擦の増加を抑制することができる。したがって、この摩擦の増加によりスリーブと水中軸受が発熱することを抑制することができる。ひいてはスリーブと水中軸受の熱膨張に起因する主軸の回転に要する動力が増加すること、及びスリーブ及び水中軸受に熱が溜まることを抑制することができる。また、水中軸受が樹脂材料からなる場合は、スリーブと水中軸受との間のスラリーを排出することができるので、スラリーによる摩耗を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施形態に係る横軸斜流ポンプを示す側断面図である。

【図2】図１に示した主軸の先端部の拡大側断面図である。

【図3A】軸受カバーの正面図である。

【図3B】軸受カバーの側断面図である。

【図4】水中軸受の一例を示す斜視図である。

【図5】水中軸受の他の一例を示す斜視図である。

【図6】他の実施形態に係る横軸斜流ポンプの主軸の先端部の拡大側断面図である。

【図7】図６に示す軸受カバーの矢視７−７から見た正面図である。

【図8】軸受カバーの他の例を示す正面図である。

【図9】他の実施形態に係る横軸斜流ポンプの主軸の先端部の拡大側断面図である。

【図10】図９に示す軸受カバーの矢視１０−１０から見た正面図である。

【図11】他の実施形態に係る横軸斜流ポンプの主軸の先端部の拡大側断面図である。

【図12】図１１に示す軸受カバーの矢視１２−１２から見た正面図である。

【図13A】軸受カバーの他の例の側断面図である。

【図13B】軸受カバーの他の例の正面図である。

【図14A】軸受カバーの他の例の側断面図である。

【図14B】軸受カバーの他の例の正面図である。

【図15A】軸受カバーの他の例の側断面図である。

【図15B】軸受カバーの他の例の正面図である。

【図16】変位センサを備えた横軸斜流ポンプの主軸の先端部の拡大側断面図である。

【図17】軸方向の他の位置に配置された変位センサを示す図である。

【図18】軸方向の他の位置に配置された変位センサを示す図である。

【図19A】変位センサの配置パターンを説明する図である。

【図19B】変位センサの配置パターンを説明する図である。

【図19C】変位センサの配置パターンを説明する図である。

【図19D】変位センサの配置パターンを説明する図である。

【図20】変位センサが検知した変位量と横軸斜流ポンプの運転時間との関係を示すグラフである。

【図21】従来の横軸斜流ポンプの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又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。なお、以下で説明する実施形態では、本発明の横軸ポンプの一例として横軸斜流ポンプが説明されるが、本発明は横軸軸流ポンプにも適用することができる。

【0025】

図１は、本実施形態に係る横軸斜流ポンプを示す側断面図である。図示のように、横軸斜流ポンプ１０は、湾曲した管路を有する吸込ケーシング１２と、吸込ケーシング１２の下流側にフランジ接続される管状の吐出ケーシング１４とを有する。また、横軸斜流ポンプ１０は、略水平方向に延在する主軸１１（回転軸の一例に相当する）を有する。主軸１１は、吸込ケーシング１２を貫通し、吐出ケーシング１４の内部まで延在する。主軸１１と吸込ケーシング１２との隙間は、軸封部１３により液密に封止される。

【0026】

主軸１１の先端側は、吐出ケーシング１４内に配置される水中軸受４０によって回転可能に支持される。水中軸受４０は、その外周面が軸受ケーシング４１により保持される。軸受ケーシング４１は、複数の案内羽根１８を介して吐出ケーシング１４に固定された内部ケーシング（内筒）３１内に、図示しないリブ等によって固定される。軸受ケーシング４１には、後述する取付部材４７（図１６参照）を介して、例えば渦電流式の変位センサ４３が取り付けられる。変位センサ４３は、配線４３ａを介して制御装置６０と通信可能に接続され、変位センサ４３が検知した主軸１１の変位量が制御装置６０に送信される。

【0027】

主軸１１には、インペラ１７がキー１５によって固定される。これにより、主軸１１の回転に伴ってインペラ１７が回転する。インペラ１７と内部ケーシング３１により、水中軸受４０を収容する空間である水中軸受室１９が形成される。

【0028】

主軸１１の後端側は、主軸１１を回転させるためのエンジンやモータ等の原動機の軸継手２０に接続される。また、軸継手２０と軸封部１３との間には、吸込ケーシング１２の
外部において主軸１１を回転可能に支持する外部軸受２２が設けられる。

【0029】

図２は、図１に示した主軸１１の先端部の拡大側断面図である。図２においては、便宜上、図１に示した変位センサ４３が省略されている。図２に示すように、主軸１１の外周面には、水中軸受４０の内周面に対して摺動する円筒状のスリーブ１１ａが固定される。スリーブ１１ａは、例えばステンレス鋼等の金属から構成される。スリーブ１１ａは、主軸１１が水中軸受４０に直接摺動することによる主軸１１の損傷を防止するための付加的な部材である。また、水中軸受４０は、セラミック又は例えば特開２０１３−１９４７６９号公報に開示されているような、フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、炭素繊維、及び不可避不純物を含む樹脂材料から構成される。主軸１１のスリーブ１１ａの外周面と、水中軸受４０の内周面との間には、非常に小さい隙間（クリアランス）が設けられる。

【0030】

主軸１１の外周面には、略円盤状の軸受カバー４２が固定される。軸受カバー４２は、軸受ケーシング４１の端面と所定の隙間を有して近接するように、軸受ケーシング４１の後端側（図２中左側）に配置される。軸受ケーシング４１は、後端側が水中軸受４０の端面から延在している。これにより、軸受ケーシング４１の内周面と主軸１１の外周面との間に、処理液が通過するための流路４４が形成される。

【0031】

次に、図２に示した軸受カバー４２の形状について詳細に説明する。図３Ａは、軸受カバー４２の正面図であり、図３Ｂは、軸受カバー４２の側断面図である。図３Ａは、図２に示す矢視３−３から見た正面図である。即ち、図３Ａの正面図は、軸受カバー４２の軸受ケーシング４１の端面に対向する面を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、軸受カバー４２は、中央に主軸１１が貫通する孔４２ａを有する。また、軸受カバー４２は、一以上のねじ穴４２ｂを有し、ねじ穴４２ｂに例えばセットスクリュー等を挿入することで軸受カバー４２が主軸１１に固定される。軸受カバー４２は、軸受ケーシング４１の端面に対向する面に、その中央から外周に向かって放射状に形成された複数の溝部４２ｃを有する。

【0032】

図４は、図２に示した水中軸受４０の一例を示す斜視図である。図４に示す例では、水中軸受４０は、全体的に円筒状をなしており、軸方向に沿った一以上の溝４０ａを有する。図示の例では、水中軸受４０は４つの溝４０ａを有する。なお、本実施形態では、図４に示す水中軸受４０に限らず、図５に示すような溝４０ａを有さない、円筒状の水中軸受４０を採用することもできる。

【0033】

次に、本実施形態に係る横軸斜流ポンプ１０を運転したときの作用について説明する。図示しない原動機によって主軸１１が回転すると、主軸１１に固定された軸受カバー４２が回転する。軸受カバー４２が回転すると、軸受カバー４２と軸受ケーシング４１の端面との隙間の処理液に、軸受カバー４２と処理液との摩擦力によって、上記隙間から処理液が軸受カバー４２の径方向外側に向かって押し出される流れが生じる（ポンプ効果）。このとき、軸受カバー４２に形成された溝部４２ｃによって、処理液を上記隙間から押し出すいっそう大きな力が生じる。

【0034】

上記隙間から処理液が押し出される流れが生じると同時に、軸受ケーシング４１の逆の端面側（図２中右側）から、処理液が水中軸受４０とスリーブ１１ａの間に入り込む流れが生じる。このとき、処理液に含まれるスラリーは、水中軸受４０とスリーブ１１ａの間の処理液の流れによって、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間及び流路４４を通過して、軸受カバー４２の回転により上記隙間から排出される。水中軸受４０が図４に示したように軸方向に沿った溝４０ａを有する場合は、比較的大きな径を有するスラリーであっても、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間をよりスムーズに通過することができ、スラリーが水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間に溜まることがいっそう抑制される。

【0035】

以上のように、本実施形態に係る横軸斜流ポンプ１０によれば、軸受カバー４２の回転によって、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間の処理液の流れを促進させることができる。この水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間の処理液の流れを促進することにより、スリーブ１１ａと水中軸受４０との間を流れる処理液によってスリーブ１１ａ及び水中軸受４０の冷却を促進することができる。また、スリーブ１１ａと水中軸受４０との間の処理液の流れを促進することで、処理液に含まれるスラリーがスリーブ１１ａと水中軸受４０との間に滞留することを抑制することができる。ひいては、スリーブ１１ａと水中軸受４０の熱膨張とスラリーの滞留を抑制して、これらに起因する主軸１１の回転に要する動力が増加すること、及びスリーブ１１ａ及び水中軸受４０に熱が溜まることを抑制することができる。また、水中軸受４０が樹脂材料からなる場合は、スリーブ１１ａと水中軸受４０との間のスラリーを含む処理液を排出することができるので、スラリーによる摩耗を低減することができる。

【0036】

なお、図３Ａ及び図３Ｂに示した軸受カバー４２は、溝部４２ｃを有するものとして説明しているが、溝部４２ｃは、上記隙間から処理液を押し出す力を向上させるためのものであって、溝部４２ｃが無くても上記隙間から処理液を押し出す流れを生じさせることができる。また、上記隙間の大きさは、軸受カバー４２の回転によって水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間の処理液の流れを促進させることができる範囲で任意の値をとり得るが、例えば、その大きさは０ｍｍ超３ｍｍ以下であることが好ましい。上記隙間が０ｍｍであると軸受カバー４２と軸受ケーシング４１が接触して、主軸１１の回転に対する抵抗が生じてしまう。また、上記隙間が３ｍｍ超であると、軸受カバー４２と処理液を上記隙間から効率的に排出することが難しくなる。なお、ここでの隙間の大きさとは、軸受カバー４２の端面と軸受ケーシング４１の端面との最小距離をいう。

【0037】

次に、他の実施形態にかかる横軸斜流ポンプについて説明する。図１ないし図５に示した横軸斜流ポンプ１０と同一の部分は説明を省略し、異なる部分のみ以下で説明する。図６は、他の実施形態に係る横軸斜流ポンプの主軸１１の先端部の拡大側断面図であり、図７は、図６に示す軸受カバー４２の矢視７−７から見た正面図である。

【0038】

図６及び図７に示すように、この実施形態に係る横軸斜流ポンプは、図１ないし図５に示した横軸斜流ポンプ１０に比べて、軸受カバー４２の形状が異なる。即ち、軸受カバー４２は、その内周部に、処理液を通過させるための一以上の通水孔４２ｄを有する。通水孔４２ｄは、軸受カバー４２の軸受ケーシング４１の端面に対向する面からその反対側の面に連通するように構成される。なお、図７に示す正面図では、通水孔４２ｄは、主軸１１が貫通する孔４２ａと一体に形成されているので、通水孔４２ｄは、軸受カバー４２の内周面に形成された溝とみなすこともできる。一方で、図６に示すように、軸受カバー４２が主軸１１に取り付けられた状態では、軸受カバー４２の孔４２ａに主軸１１が嵌合されるので、主軸１１の外周面と軸受カバー４２の内周面とによって通水孔４２ｄが画定される。通水孔４２ｄの大きさ及び数は、スリーブ１１ａと水中軸受４０との間のクリアランスの大きさに応じて適宜調節される。なお、図６及び図７に示す例では、軸受カバー４２は６つの溝部４２ｃを有している。

【0039】

図６及び図７に示す軸受ケーシング４１を有する横軸斜流ポンプを運転したときの作用について説明する。主軸１１の回転に伴って軸受カバー４２が回転すると、軸受カバー４２と軸受ケーシング４１の端面との隙間の処理液に、軸受カバー４２と処理液との摩擦力によって、上記隙間から処理液が軸受カバー４２の径方向外側に向かって押し出される流れが生じる。これに伴い、軸受カバー４２の軸受ケーシング４１に対して反対側の面（図６中左側）から、スラリーを含む処理液が通水孔４２ｄに流入する。通水孔４２ｄに流入した処理液は、その一部が軸受カバー４２の回転によって上記隙間から押し出され、その
残りは軸受カバー４２の回転により流路４４を通過してスリーブ１１ａと水中軸受４０との間に押し出される。このとき、大きな径を有するスラリーは、その重量が比較的大きいので、上記隙間から径方向外側に向かって押し出される処理液の流れにより大きな遠心力を受け、優先的に上記隙間から排出される。

【0040】

したがって、この横軸斜流ポンプによれば、軸受カバー４２の回転によって、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間の処理液の流れを促進させることができるとともに、大きな径を有するスラリーがスリーブ１１ａと水中軸受４０との間に入り込むことを抑制することができる。このため、スリーブ１１ａと水中軸受４０との間を流れる処理液によってスリーブ１１ａ及び水中軸受４０の冷却を促進しつつ、スリーブ１１ａと水中軸受４０との間に大きな径のスラリーが滞留することをいっそう抑制することができる。ひいては、スリーブ１１ａと水中軸受４０の熱膨張とスラリーの滞留を抑制して、これらに起因する主軸１１の回転に要する動力が増加すること、及びスリーブ１１ａ及び水中軸受４０に熱が溜まることを抑制することができる。また、水中軸受４０が樹脂材料からなる場合は、スリーブ１１ａと水中軸受４０との間に大きな径のスラリーが入り込むことが抑制されるので、スラリーによる摩耗を低減することができる。

【0041】

なお、図７に示した軸受カバー４２は、溝部４２ｃがその中央から外周に向かって放射状に形成されているが、溝部４２ｃの形状はこれに限られない。例えば、図８に示すように、軸受カバー４２の径方向に対して傾斜するように溝部４２ｃを設けてもよい。

【0042】

続いて、さらに他の実施形態にかかる横軸斜流ポンプについて説明する。この横軸斜流ポンプのうち、図６及び図７で説明した横軸斜流ポンプと同一の部分は説明を省略し、異なる部分のみ以下で説明する。図９は、他の実施形態に係る横軸斜流ポンプの主軸１１の先端部の拡大側断面図であり、図１０は、図９に示す軸受カバー４２の矢視１０−１０から見た正面図である。

【0043】

図９及び図１０に示すように、この実施形態に係る横軸斜流ポンプは、図６及び図７に示した横軸斜流ポンプ１０に比べて、軸受カバー４２の形状が異なる。即ち、軸受カバー４２は、図７に示した溝部４２ｃに代えて、軸受カバー４２の表面から突起するように形成された一以上の羽根部４２ｅを有する。図示の例では、軸受カバー４２は６つの羽根部４２ｅを有する。羽根部４２ｅは、軸受カバー４２の軸受ケーシング４１の端面に対向する面に、その中央から外周に向かって放射状に形成される。

【0044】

図９及び図１０に示す軸受ケーシング４１を有する横軸斜流ポンプを運転したときの作用及び効果は、図６及び図７に示した軸受ケーシング４１を有する横軸斜流ポンプを運転したときの作用及び効果とほぼ同一であるので、説明を省略する。なお、図１０に示す羽根部４２ｅは、図８に示した溝部４２ｃのように、軸受カバー４２の径方向に対して傾斜するように設けてもよい。

【0045】

図１１は、他の実施形態に係る横軸斜流ポンプの主軸１１の先端部の拡大側断面図であり、図１２は、図１１に示す軸受カバー４２の矢視１２−１２から見た正面図である。この横軸斜流ポンプ１０のうち、図９及び図１０で説明した横軸斜流ポンプ１０と同一の部分は説明を省略し、異なる部分のみ以下で説明する。

【0046】

図１１及び図１２に示すように、この実施形態に係る横軸斜流ポンプは、図９及び図１０に示した横軸斜流ポンプ１０に比べて、軸受ケーシング４１の形状、軸受カバー４２の形状、軸受カバー４２の数、並びに軸受ケーシング４１及び水中軸受４０が排出孔４６を有する点、が異なる。

【0047】

具体的には、軸受ケーシング４１は、後端側だけでなく先端側（図１１中右側）も、水中軸受４０の端面から延在している。これにより、軸受ケーシング４１の内周面と主軸１１の外周面との間に、処理液が通過するための流路４５が形成される。

【0048】

また、この横軸斜流ポンプは、二つの軸受カバー４２を有する。即ち、一方の軸受カバー４２は、軸受ケーシングの一端面と所定の隙間を有して近接するように、軸受ケーシング４１の後端側（図１１中左側）に配置される。また、他方の軸受カバー４２は、軸受ケーシングの他端面と所定の隙間を有して近接するように、軸受ケーシング４１の先端側（図１１中右側）に配置される。

【0049】

軸受カバー４２は、図９及び図１０に示した羽根部４２ｅに代えて、軸受カバー４２の径方向内側に位置する第１羽根部４２ｇと、径方向外側に位置する第２羽根部４２ｆとを有する。第１羽根部４２ｇの軸方向（図１１中左右方向）の長さは、第２羽根部４２ｆの軸方向の長さよりも長く形成されており、第１羽根部４２ｇは、その一部が軸受ケーシング４１と主軸１１との間の流路４４又は流路４５に入り込むように構成される。図１２に示すように、第１羽根部４２ｇ及び第２羽根部４２ｆの平面視の形状は、図１０に示す羽根部４２ｅと同様である。

【0050】

また、水中軸受４０及び軸受カバー４２は、その軸方向略中央部に一以上の排出孔４６を有する。排出孔４６は、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間の空間から軸受カバー４２の外側の空間とを連通する。

【0051】

図１１及び図１２に示す横軸斜流ポンプを運転したときの作用について説明する。主軸１１の回転に伴って一対の軸受カバー４２が回転すると、軸受カバー４２と軸受ケーシング４１の端面との隙間の処理液に、軸受カバー４２と処理液との摩擦力によって、上記隙間から処理液が軸受カバー４２の径方向外側に向かって押し出される流れが生じる。これに伴い、それぞれの軸受カバー４２の軸受ケーシング４１と反対側の面から、スラリーを含む処理液が通水孔４２ｄに流入する。通水孔４２ｄに流入した処理液は、その一部が軸受カバー４２の回転によって上記隙間から押し出され、その残りは軸受カバー４２の回転により流路４４又は流路４５を通過してスリーブ１１ａと水中軸受４０との間に押し出される。このとき、大きな径を有するスラリーは、その重量が比較的大きいので、上記隙間から径方向外側に向かって押し出される処理液の流れにより大きな遠心力を受け、優先的に上記隙間から排出される。流路４４及び流路４５を通過してスリーブ１１ａと水中軸受４０との間に押し出された処理液は、排出孔４６から排出される。

【0052】

この横軸斜流ポンプは、図９及び図１０の横軸斜流ポンプが有する効果に加えて以下の効果を有する。即ち、この横軸斜流ポンプは、軸受カバー４２が流路４４又は流路４５に入り込んだ第１羽根部４２ｇを有するので、軸受カバー４２が回転することにより処理液を効率よく流路４４又は流路４５に押し出すことができ、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間を通過する処理液の流速を向上させることができる。また、一対の軸受カバー４２が軸受ケーシング４１の両側に設けられるので、２つの軸受カバー４２によって水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間に処理液を押し込むことができ、処理液の流速を向上させることができる。したがって、スリーブ１１ａ及び水中軸受４０の冷却をいっそう促進することができる。なお、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間を通過する処理液の流速が向上することによって、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間を通過するスラリーが増加することも考えられる。しかしながら、比較的大きなスラリーは軸受カバー４２と軸受ケーシング４１の端面との隙間から優先的に排出されるので、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間には大きなスラリーが通過しない。また、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間を通過するスラリーの速度が向上することから、早急に排出孔４６からスラリーが排出される。したがって、水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間にスラリーが滞留することを充分
に抑制することができる。

【0053】

次に、以上で説明した横軸斜流ポンプに使用することのできる軸受カバー４２の他の例を説明する。図１３Ａは、軸受カバー４２の他の例の側断面図であり、図１３Ｂは軸受カバー４２の他の例の正面図である。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、この軸受カバー４２は、図７に示した軸受カバー４２に比べてより大きな通水孔４２ｄを有する。この軸受カバー４２によれば、横軸斜流ポンプを運転したときにより多くの処理液が通水孔４２ｄを通過して、より多くの処理液を水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間に通過させることができる。したがって、スリーブ１１ａ及び水中軸受４０の冷却をいっそう促進することができる。

【0054】

図１４Ａは、軸受カバー４２の他の例の側断面図であり、図１４Ｂは軸受カバー４２の他の例の正面図である。図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、この軸受カバー４２は、軸方向に対して斜めに形成された通水孔４２ｄを有する。図１４Ａに示す矢印方向に主軸１１及び軸受カバー４２が回転することにより、効率よく処理液を通水孔４２ｄ内に取り込むことができ、より多くの処理液を水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間に通過させることができる。したがって、スリーブ１１ａ及び水中軸受４０の冷却をいっそう促進することができる。

【0055】

図１５Ａは、軸受カバー４２の他の例の側断面図であり、図１５Ｂは軸受カバー４２の他の例の正面図である。図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、この軸受カバー４２は、その内周面に形成された螺旋状の通水孔４２ｈを有する。即ち、通水孔４２ｈは、軸受カバー４２の内周面に形成されたネジ溝の形態を有する。主軸１１及び軸受カバー４２が回転することにより、効率よく処理液を通水孔４２ｈ内に取り込むことができ、より多くの処理液を水中軸受４０とスリーブ１１ａとの間に通過させることができる。したがって、スリーブ１１ａ及び水中軸受４０の冷却をいっそう促進することができる。

【0056】

次に、図１に示した変位センサ４３について詳細に説明する。図１６は、変位センサ４３を備えた横軸斜流ポンプの主軸１１の先端部の拡大側断面図である。横軸斜流ポンプは、主軸１１が水平方向に延在しているので、主軸１１の自重によって水中軸受４０の内周面の鉛直方向下面が摩耗しやすい。水中軸受４０の内周面の鉛直方向下面が摩耗すると、主軸１１は下方に変位する。このため、変位センサ４３は、主軸１１の鉛直方向の変位を検知することで、間接的に水中軸受４０の摩耗量を検知することができる。なお、図１６においては、図１に示した制御装置６０と変位センサ４３を通信可能に接続する配線４３ａは図示省略されている。

【0057】

図１６に示すように、軸受ケーシング４１は、軸受カバー４２が近接して配置されていない側の端面に、変位センサ４３を取り付けるための取付部材４７を有する。図示の例では、取付部材４７は、軸受ケーシング４１の鉛直方向上方及び下方の２点に取り付けられる。変位センサ４３は、主軸１１の軸中心を向いて配置され、主軸１１の水中軸受４０と接触しない部分の変位を検知する。図示の例では、変位センサ４３は、主軸１１の先端部分の変位を検知するように構成されるが、例えばスリーブ１１ａが主軸１１の先端部分まで延在している場合は、スリーブ１１ａの変位を検知してもよい。スリーブ１１ａは主軸１１と一体に構成されているので、スリーブ１１ａの変位を検知することは、主軸１１の変位を検知することと同じことを意味する。

【0058】

水中軸受４０が摩耗すると主軸１１は鉛直方向下方に変位するので、鉛直方向上方に位置する変位センサ４３は、この変位センサ４３と主軸１１との距離が大きくなることを検知することができる。一方で、鉛直方向下方に位置する変位センサは、この変位センサ４３と主軸１１との距離が小さくなることを検知することができる。なお、図１６に示す例
では、２つの変位センサ４３が設けられているが、これに限らず、図１に示すように、鉛直方向上方又は下方のいずれか一方に１つの変位センサ４３を設けてもよい。

【0059】

図１７及び図１８は、軸方向の他の位置に配置された変位センサ４３を示す図である。図１７及び図１８に示すように、変位センサ４３は、軸受ケーシング４１及び水中軸受４０の内部に埋め込まれてもよい。即ち、変位センサ４３の主軸１１の軸方向の位置は任意である。図１８に示すように、一対の軸受カバー４２が主軸１１に設けられて、軸受ケーシング４１の端面に図１６に示した取付部材４７を取り付けることができない場合には、変位センサ４３を軸受ケーシング４１及び水中軸受４０の内部に埋め込むことが特に有効である。

【0060】

図１９Ａ−図１９Ｄは、変位センサ４３の配置パターンを説明する図である。図１９Ａ−図１９Ｄは、主軸１１の軸方向から見たときの変位センサ４３の位置を示す。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように変位センサ４３は、主軸１１の軸中心を向くように、主軸１１に対して鉛直方向上方又は下方にそれぞれ設けることができる。これにより、変位センサ４３は、主軸１１の鉛直方向の変位を検知することができる。

【0061】

また、図１９Ｃ及び図１９Ｄに示すように、２つの変位センサ４３を、主軸１１の軸中心を向くように、主軸１１の軸中心よりも上方又は下方であって、周方向に異なる位置に配置してもよい。言い換えれば、２つの変位センサ４３は、主軸１１の軸中心を向くように、主軸１１の周方向に異なる位置であり且つ主軸１１の軸中心点で非対称となる位置に配置され得る。このように２つの変位センサ４３が主軸１１の２カ所の変位を検知することにより、主軸１１の鉛直方向の変位を検知することができるとともに、主軸１１の軸中心位置を検知することができる。

【0062】

次に、以上で説明した変位センサ４３を用いて水中軸受４０の交換時期を判定する方法について説明する。図１に示したように、変位センサ４３は、配線４３ａにより制御装置６０と通信可能に接続される。変位センサ４３は、連続的又は間欠的に主軸１１の鉛直方向の変位を検知し、その変位量のデータを制御装置６０に送信するように構成される。制御装置６０は、変位センサ４３から受信した変位量のデータに基づいて、水中軸受４０の交換時期を判定する。

【0063】

図２０は、変位センサ４３が検知した変位量と横軸斜流ポンプの運転時間との関係の一例を示すグラフである。グラフの縦軸は、変位センサ４３が検知した変位量（ｄ）を示し、グラフの横軸は横軸斜流ポンプの運転時間（ｔ）を示す。図示の例では、変位センサ４３は、連続的に主軸１１の鉛直方向の変位量を検知している。変位量（ｄ）は運転時間（ｔ）が増加するにつれて増加している。

【0064】

ここで、制御装置６０には、予め主軸１１の許容される変位量、即ち許容値ｄ１が設定される。許容値ｄ１としては、例えば、横軸斜流ポンプが正常に運転可能である水中軸受４０の摩耗量に基づいて決定される。即ち、水中軸受４０は、主軸１１の変位量（ｄ）が許容値ｄ１を超える前に交換されることが望ましい。そこで、制御装置６０には、水中軸受４０を交換する目安を示す閾値として、交換値ｄ２が予め設定される。交換値ｄ２としては、例えば許容値ｄ１の０．７〜０．８倍の値を設定することができる。

【0065】

制御装置６０は、変位センサ４３から取得した変位量のデータを、所定時間（Δｔ）毎に交換値ｄ２と比較する。所定時間（Δｔ）は任意であるが、横軸斜流ポンプが常時運転ポンプである場合は、例えば１０００時間〜２０００時間であり、横軸斜流ポンプが非常用運転ポンプである場合は、例えば１年である。なお、変位センサ４３から取得した変位量のデータを、モニタ等に表示することができる場合は、表示された変位量のデータが交
換値ｄ２を超えているかどうかをオペレータが手動で確認してもよい。

【0066】

図示の例では、運転時間ｔ１及びｔ２のときに、制御装置６０が変位センサ４３から取得した変位量のデータを交換値ｄ２と比較する。制御装置６０は、変位量（ｄ）が交換値ｄ２を超えていないと判定した場合（運転時間ｔ１）、変位量の監視を継続する。制御装置６０は、変位量（ｄ）が交換値ｄ２を超えたと判定した場合（運転時間ｔ２）、水中軸受４０の交換時期が到来したものとして、例えばモニタ等の表示装置、スピーカ等の発音装置、ランプ等の発光装置、バイブレーション機能を有する振動発生装置等により、オペレータに発報する。このようにして、制御装置６０は、水中軸受４０の交換時期を判定し、オペレータに交換時期が到来したことを知らせることができる。

【0067】

発報を確認したオペレータは、水中軸受４０の交換準備をし、主軸１１の変位量（ｄ）が許容値ｄ１に達する運転時間ｔ３までに、水中軸受４０を交換する。なお、オペレータ自身が、変位量のデータが交換値ｄ２を超えているかどうかを手動で確認する場合も同様に、オペレータが変位量のデータが交換値ｄ２を超えていることを認識したときに、水中軸受４０の交換を行う。

【0068】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。

【符号の説明】

【0069】

１０ 横軸斜流ポンプ
１１ 主軸
４０ 水中軸受
４０ａ 溝
４１ 軸受ケーシング
４２ 軸受カバー
４２ｃ 溝部
４２ｄ 通水孔
４２ｅ 羽根部
４２ｆ 第２羽根部
４２ｇ 第１羽根部
４２ｈ 通水孔
４３ 変位センサ
６０ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図20】

【図21】