特開 2024-168222 水中軸受装置及び立軸ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168222

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】水中軸受装置及び立軸ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/00 20060101AFI20241128BHJP

   F04D 29/06 20060101ALI20241128BHJP

   F04D 29/043 20060101ALI20241128BHJP

   F04D 29/046 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

F04D13/00 D

F04D29/06

F04D29/043 Z

F04D29/046 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084710

(22)【出願日】2023-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000152170

【氏名又は名称】株式会社酉島製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】兼森 祐治

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AB05

3H130AB13

3H130AB22

3H130AB24

3H130AB50

3H130AC30

3H130BA33D

3H130BA33E

3H130BA56D

3H130BA56E

3H130BA97D

3H130BA97E

3H130BA97J

3H130BA98D

3H130BA98E

3H130BA98J

3H130DA02X

3H130DA05X

3H130DB03X

3H130DB06X

3H130DB11X

3H130DB13X

3H130DB15X

3H130DH04X

3H130DH06X

3H130EA01D

3H130EA01E

3H130EA07D

3H130EA07E

(57)【要約】

【課題】気中運転を行う立軸ポンプに用いられる水中軸受装置における摺接部材の冷却機構の簡素化とコストダウンを課題とする。
【解決手段】水中軸受装置３０は、保護管によって取り囲まれていない回転軸２５に固着されたスリーブ３１と、スリーブ３１を取り囲むホルダ３３と、スリーブ３１とホルダ３３の間に間隙部３５とともに潤滑液４１の貯留部４２を形成する下カバー４３と、スリーブ３１を介して回転軸２５を回転可能に支持する摺接部材３７と、摺接部材３７の下側部分と上側部分を連通させるパイプ４７と、スリーブ３１を介して回転軸２５と一体に回転することによって、パイプ４７を通して貯留部４２内の潤滑液４１を循環させる羽根５０とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に延びるポンプケーシング内に下部が配置されて保護管によって取り囲まれていない回転軸に固着されたスリーブと、
前記ポンプケーシング内に固着され、前記スリーブとの間に間隙部が形成されるように前記スリーブを取り囲むホルダと、
前記スリーブの下方を覆うように前記ホルダに設けられ、連通した前記間隙部とともに潤滑液の貯留部を形成する下カバーと、
前記ホルダの前記スリーブと対向する部分に配置され、前記スリーブを介して前記回転軸を回転可能に支持する摺接部材と、
前記貯留部のうち前記摺接部材の下側部分と上側部分を連通させる流路と、
前記摺接部材の上側又は下側に位置するように前記スリーブに固着され、前記スリーブを介して前記回転軸と一体に回転することによって、前記流路を通して前記貯留部内の前記潤滑液を循環させる羽根と
を備える、水中軸受装置。

【請求項2】

前記スリーブの上部を覆うように前記ホルダに設けられた上カバーを備え、
前記流路は、前記ホルダのうち前記摺接部材の下側又は前記下カバーを貫通した下端部と、前記ホルダのうち前記摺接部材の上側又は前記上カバーを貫通した上端部とを有するパイプによって構成されている、請求項１に記載の水中軸受装置。

【請求項3】

前記ホルダは、前記摺接部材を内側に配置したホルダ本体と、前記ホルダ本体の下部から外側へ突出した底壁と、前記底壁から上側に突出して前記ホルダ本体を取り囲む外周壁とを有し、前記ポンプケーシング内に配置されてインペラが下側に配置された軸受ケーシング内に配置され、
前記下カバーは前記底壁に固着されており、
前記流路は、
前記ホルダ本体、前記底壁、及び前記外周壁によって画定された液槽と、
前記底壁に設けられ、前記液槽内と前記下カバー内を連通させる第１連通孔と、
前記ホルダ本体に設けられ、前記液槽内と前記間隙部の前記摺接部材よりも上側の部分とを連通させる第２連通孔と
によって構成されている、請求項１に記載の水中軸受装置。

【請求項4】

前記摺接部材は、前記スリーブの上下のうちの一方の端部側に偏って配置されており、
前記スリーブの前記一方の端部側には、内側から外側へ窪む凹部が設けられ、
前記スリーブと前記回転軸の間には、前記凹部によって前記一方の端部を開放した空隙部が形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の水中軸受装置。

【請求項5】

前記摺接部材は、前記スリーブの下端部に配置されており、
前記下カバーには、前記空隙部内に突出し、前記回転軸及び前記スリーブに対して間隔をあけて位置する内筒が設けられている、請求項４に記載の水中軸受装置。

【請求項6】

前記羽根は、前記スリーブの下端に固着され、前記下カバー内に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の水中軸受装置。

【請求項7】

上下方向に延びるポンプケーシングと、
前記ポンプケーシング内に下部が配置され、保護管によって取り囲まれていない回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受装置と
を備え、
前記水中軸受装置は、
前記回転軸に固着されたスリーブと、
前記ポンプケーシング内に固着され、前記スリーブとの間に間隙部が形成されるように前記スリーブを取り囲むホルダと、
前記ホルダの前記スリーブと対向する部分に配置され、前記スリーブを介して前記回転軸を回転可能に支持する摺接部材と、
前記スリーブの下方を覆うように前記ホルダに設けられ、連通した前記間隙部とともに潤滑液の貯留部を形成する下カバーと、
前記間隙部の前記摺接部材よりも上側の部分と前記下カバー内を連通させる流路と、
前記摺接部材の上側又は下側に位置するように前記スリーブに固着され、前記スリーブを介して前記回転軸と一体に回転することによって、前記流路を通して前記貯留部内の前記潤滑液を循環させる羽根と
を備える、立軸ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中軸受装置及び立軸ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、回転軸を回転可能に支持する水中軸受を冷却する冷却機構を設けた立軸ポンプが開示されている。この冷却機構は、回転軸を取り囲む保護管と、保護管に給水管を介して接続された外部水源と、外部水源の潤滑水を保護管に供給する給水ポンプ（駆動源）とを備える。気中運転時、摺接部材に潤滑水を供給して冷却することによって、摩擦による回転軸と摺接部材の焼き付けを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－１５７０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の冷却機構は、潤滑水を循環させる駆動源と保護管が必要なため、大掛かりで製造コストも高くなる。そのため、特許文献１の冷却機構には、構造の簡素化と製造コストの低減について改善の余地がある。

【0005】

本発明は、気中運転を行う立軸ポンプに用いられる水中軸受装置の冷却機構の簡素化とコストダウンを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、上下方向に延びるポンプケーシング内に下部が配置されて保護管によって取り囲まれていない回転軸に固着されたスリーブと、前記ポンプケーシング内に固着され、前記スリーブとの間に間隙部が形成されるように前記スリーブを取り囲むホルダと、前記スリーブの下方を覆うように前記ホルダに設けられ、連通した前記間隙部とともに潤滑液の貯留部を形成する下カバーと、前記ホルダの前記スリーブと対向する部分に配置され、前記スリーブを介して前記回転軸を回転可能に支持する摺接部材と、前記貯留部のうち前記摺接部材の下側部分と上側部分を連通させる流路と、前記摺接部材の上側又は下側に位置するように前記スリーブに固着され、前記スリーブを介して前記回転軸と一体に回転することによって、前記流路を通して前記貯留部内の前記潤滑液を循環させる羽根とを備える、水中軸受装置を提供する。

【0007】

本発明の他の態様は、上下方向に延びるポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に下部が配置され、保護管によって取り囲まれていない回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受装置とを備え、前記水中軸受装置は、前記回転軸に固着されたスリーブと、前記ポンプケーシング内に固着され、前記スリーブとの間に間隙部が形成されるように前記スリーブを取り囲むホルダと、前記ホルダの前記スリーブと対向する部分に配置され、前記スリーブを介して前記回転軸を回転可能に支持する摺接部材と、前記スリーブの下方を覆うように前記ホルダに設けられ、連通した前記間隙部とともに潤滑液の貯留部を形成する下カバーと、前記間隙部の前記摺接部材よりも上側の部分と前記下カバー内を連通させる流路と、前記摺接部材の上側又は下側に位置するように前記スリーブに固着され、前記スリーブを介して前記回転軸と一体に回転することによって、前記流路を通して前記貯留部内の前記潤滑液を循環させる羽根とを備える、立軸ポンプを提供する。

【0008】

回転軸は、保護管によって取り囲まれてなく、スリーブを介して摺接部材によって回転可能に支持されている。また、スリーブに固着された羽根は、回転軸と一体に回転することによって、スリーブとホルダの間の間隙部と下カバーによって構成された貯留部内の潤滑液を、流路を通して循環させる。これにより、潤滑液によって摺接部材を確実に冷却でき、摺接部材とスリーブ（回転軸）の焼焼き付きを防止できる。また、回転軸を取り囲む保護管、保護管からの液漏れを防ぐためのメカニカルシール、及び給水ポンプ等の駆動源を用いる場合と比較して、摺接部材の冷却機構を簡素化できるうえコストダウンを図ることができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明では、気中運転を行う立軸ポンプに用いられる水中軸受装置の冷却機構の簡素化とコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る水中軸受装置を用いた立軸ポンプの断面図。

【図2】図１のII部分の拡大断面図。

【図3】図２のIII部分の拡大断面図。

【図4】図２の羽根の底面図。

【図5】変形例の羽根の断面図。

【図6】回転軸を回転させた状態を示す図３と同様の拡大断面図。

【図7】図１のVII部分の拡大断面図。

【図8】回転軸を回転させた状態を示す図７のVIII部分の拡大断面図。

【図9】変形例の水中軸受装置の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

【0012】

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る水中軸受装置３０が用いられた立軸ポンプ１０は、ポンプケーシング１５、回転軸２５、及びインペラ２７を備え、吸水槽１に流入した雨水等を下流側へ排出する。

【0013】

立軸ポンプ１０は、吸水槽１内の水位によって全水運転、気水混合運転、及び気中運転に切り換わる先行待機形である。全水運転では、吸水槽１内の水位がインペラ２７よりも高く、ポンプケーシング１５内は排出する揚水で満たされている。気水混合運転では、吸水槽１内の水位がインペラ２７と同等の高さまで低下し、排出するポンプケーシング１５内の揚水に空気が含まれている。気中運転では、吸水槽１内の水位がインペラ２７よりも低く、インペラ２７によって揚水できないため、ポンプケーシング１５内の少なくともインペラ２７よりも上方は空気で満たされている。

【0014】

水中軸受装置３０は、ポンプケーシング１５内に回転軸２５を回転可能に支持する。水中軸受装置３０の数は、ポンプケーシング１５の全長によって定められており、本実施形態では合計で２個用いられている。ポンプケーシング１５の全長が短い場合、水中軸受装置３０は１個のみ配置され、ポンプケーシング１５の全長が長い場合、水中軸受装置３０は３個以上配置される。

【0015】

水中軸受装置３０は、揚水による冷却が望めない気中運転時でも、摩擦によって過熱することによる焼き付きを防止して回転軸２５の回転を継続するために、冷却機構４０を備える。そして、本実施形態では、この冷却機構４０の簡素化を図り、大掛かりな構成部品を不要とする。

【0016】

以下、立軸ポンプ１０と水中軸受装置３０の構成について、具体的に説明する。

【0017】

（立軸ポンプの構成）
図１を参照すると、立軸ポンプ１０は、上下方向に延びる筒状のポンプケーシング１５と、一部がポンプケーシング１５内に配置された回転軸２５と、回転軸２５の下端に取り付けられたインペラ２７とを備える。

【0018】

ポンプケーシング１５は、吸水槽１の上方を覆う据付床２に形成された取付孔に上方から差し込まれ、据付床２に固定されている。このポンプケーシング１５は、揚水管１６と、揚水管１６の上端に接続された吐出管２３とを備える。

【0019】

揚水管１６は、据付床２から鉛直方向下向きに突出している。揚水管１６は、一様な直径の直管１７と、径方向外向きに膨出した楕円筒状のベーンケーシング１８と、下端に向かうに従って次第に拡開したベルマウス１９とを備える。直管１７、ベーンケーシング１８、及びベルマウス１９は、この順で上から下へ接合されている。直管１７の数は、ポンプケーシング１５に必要な全長に依存する。

【0020】

ベーンケーシング１８の内部には、インペラ２７を配置するための軸受ケーシング２０が配置されている。この軸受ケーシング２０は、下側に向かうに従って次第に拡開した楕円錐筒状で、放射状に突出した板状の支持部材２１を介してベーンケーシング１８に固着されている。軸受ケーシング２０の上端は、回転軸２５に固着されたスリンガ２２によって塞がれている。

【0021】

吐出管２３は、概ね９０度屈曲された曲がり管であり、据付床２から上方へ突出している。吐出管２３には、流路を開閉可能な仕切弁（図示せず）を介して、下流側の吐出槽に配管された送水管（図示せず）が接続される。

【0022】

回転軸２５は、吐出管２３を貫通して揚水管１６内に配置された下部と、吐出管２３から外側へ突出した上部とを備える。揚水管１６内に位置する回転軸２５の下部は、揚水管１６の軸線に沿って上下方向に延び、軸受ケーシング２０を貫通して下側に突出している。吐出管２３から突出した回転軸２５の上部には、図示しない電動モータ（駆動源）が機械的に接続されている。回転軸２５のうち吐出管２３を貫通した部分は、軸封装置２６によって液密にシールされている。

【0023】

インペラ２７は、軸受ケーシング２０から突出した回転軸２５の下端に取り付けられている。インペラ２７は、電動モータによる回転軸２５の回転によって一体に回転する（上方から見て時計回り）。これにより、吸水槽１内の水は、揚水管１６の下端の吸込口から吸引され、ポンプケーシング１５内の揚水路２８を通して下流側へ排出される。揚水路２８は、ベルマウス１９内の空間、ベーンケーシング１８と軸受ケーシング２０の間の空間、及び直管１７と回転軸２５の間の空間からなる。

【0024】

（水中軸受装置の構成）
図１を参照すると、水中軸受装置３０は、ポンプケーシング１５の上部である直管１７内、及びポンプケーシング１５の下部であるベーンケーシング１８内の２箇所に配置されている。以下の説明では、２個の水中軸受装置３０のうち、直管１７内に配置する方を水中軸受装置３０Ａと言い、ベーンケーシング１８内に配置する方を水中軸受装置３０Ｂと言うことがある。水中軸受装置３０を１個のみ配置すればよい場合、ベーンケーシング１８内の水中軸受装置３０Ｂが用いられ、水中軸受装置３０Ａは用いられない。水中軸受装置３０を３個以上配置する必要がある場合、ベーンケーシング１８内に水中軸受装置３０Ｂが用いられ、直管１７内には間隔をあけて２個以上の水中軸受装置３０Ａが用いられる。

【0025】

図２及び図７を参照すると、水中軸受装置３０Ａ，３０Ｂはいずれも、スリーブ３１、ホルダ３３、及び摺接部材３７を備える。また、水中軸受装置３０Ａ，３０Ｂは、気中運転を継続して行うために、摺接部材３７を冷却するための冷却機構４０を更に備える。

【0026】

スリーブ３１と摺接部材３７の基本構成は、上側の水中軸受装置３０Ａと下側の水中軸受装置３０Ｂとで共通である。ホルダ３３と冷却機構４０は、上側の水中軸受装置３０Ａと下側の水中軸受装置３０Ｂとで構成が異なっている。以下の説明では、水中軸受装置３０Ａが備える方をそれぞれホルダ３３Ａ及び冷却機構４０Ａと言い、水中軸受装置３０Ｂが備える方をそれぞれホルダ３３Ｂ及び冷却機構４０Ｂと言うことがある。

【0027】

図１を参照すると、水中軸受装置３０Ａ，３０Ｂによって支持する回転軸２５は、軸封装置２６から軸受ケーシング２０までの間のどの部分も、筒状の保護管によって取り囲まれていない。つまり、上側の水中軸受装置３０Ａを含み、回転軸２５のうち軸封装置２６と軸受ケーシング２０の間に位置する部分は、揚水路２８内に露出している。下側の水中軸受装置３０Ｂは、軸受ケーシング２０内に配置されているため、揚水路２８内には露出していない。

【0028】

以下、図２及び図３を参照して、上側の水中軸受装置３０Ａの具体的構成を説明する。

【0029】

水中軸受装置３０Ａのスリーブ３１は、可撓性を有する材料（例えば樹脂）によって形成された円筒体であり、回転軸２５に固着されている。スリーブ３１の上端部（他方の端部）３１ａ側は、回転軸２５に密着状態で配置され、キーの差し込みによって回転軸２５に対して相対回転不可能に取り付けられている。スリーブ３１の下端部（一方の端部）３１ｂ側には、径方向の内側から外側へ窪む凹部３１ｃが設けられている。この凹部３１ｃの上下方向の全長は、スリーブ３１の全長の半分以上に設定されている。

【0030】

凹部３１ｃによってスリーブ３１と回転軸２５の間には、下端を開放した空隙部３２が形成されている。これにより、スリーブ３１は、上端部３１ａのみが回転軸２５に固着された片持ち構造になり、空隙部３２によって下端部３１ｂ側には、径方向に変形可能な緩衝部としての機能が付与されている。下端部３１ｂのばね定数は凹部３１ｃの全長に依拠しており、凹部３１ｃの全長を長くするほど小さくなる。本実施形態では、摺接部材３７の耐衝撃力に基づき、摺接部材３７に加わる衝撃力を緩和して損傷を防止できるばね定数になるように、凹部３１ｃの全長が設定されている。スリーブ３１の全長は、凹部３１ｃに必要な長さと、回転軸２５への固着に必要な長さを踏まえた寸法に設定されている。

【0031】

水中軸受装置３０Ａのホルダ３３Ａは、スリーブ３１を取り囲む円筒状であり、放射状に突出した板状の支持部材３４を介して直管１７に固着されている。ホルダ３３Ａとスリーブ３１の間には、摺接部材３７の配置に必要な間隙部３５が確保されている。ホルダ３３Ａの下端内周には、摺接部材３７を配置するために、径方向の内側から外側へ窪む配置凹部３６が設けられている。

【0032】

水中軸受装置３０Ａの摺接部材３７は、スリーブ３１を介して回転軸２５を回転可能に支持する円筒体である。本実施形態の摺接部材３７は、樹脂やゴムよりも耐衝撃力は低いが耐摩耗性は高いセラミック製である。この摺接部材３７は、ホルダ３３のスリーブ３１と対向する配置凹部３６に取り付けられ、スリーブ３１の下端部３１ｂ側に偏って配置されている。摺接部材３７は、後に詳述する下カバー４３によって配置凹部３６から脱落不可能に位置決めされている。

【0033】

水中軸受装置３０Ａの冷却機構４０Ａは、潤滑液４１（例えば清水又は油）を貯留するための貯留部４２、摺接部材３７の下方と上方を連通させるためのパイプ（流路）４７、及び潤滑液４１を循環させるための羽根５０を備える。貯留部４２を形成するために、ホルダ３３Ａの下端には下カバー４３が取り付けられ、この下カバー４３に内筒４４が取り付けられている。また、ホルダ３３内への揚水の侵入を防ぐために、ホルダ３３Ａの上端には上カバー４６が取り付けられている。

【0034】

貯留部４２は、スリーブ３１とホルダ３３Ａの間の間隙部３５と、この間隙部３５に連通する下カバー４３の内部空間によって構成されている。

【0035】

下カバー４３は、受皿状のカバー本体４３ａを備え、スリーブ３１の下方を覆うようにホルダ３３Ａに液密に取り付けられている。カバー本体４３ａの上端には、ホルダ３３Ａの下端に面接触状態で配置される上面部４３ｂが設けられている。この上面部４３ｂの径方向の内周部には、ホルダ３３Ａの配置凹部３６に嵌まり、摺接部材３７の下端を支持する支持部４３ｃが設けられている。

【0036】

内筒４４は、円筒状で、カバー本体４３ａの内周縁に液密に取り付けられている。内筒４４は、カバー本体４３ａから上向きに突出して空隙部３２内に配置されている。内筒４４の上端は、スリーブ３１に干渉しない範囲で凹部３１ｃの上端近傍まで延びている。内筒４４の下端内周には、全水運転時に揚水の侵入を防ぐためのネジ部４４ａが設けられている。このネジ部４４ａは、回転軸２５の回転によって内筒４４内の液体が揚水路２８内へ流れる向きに旋回した螺旋状のネジ山を有する。

【0037】

内筒４４は、空隙部３２を画定する回転軸２５とスリーブ３１に対して、それぞれ間隔をあけて位置している。内筒４４とスリーブ３１の間の間隙は、下カバー４３内（貯留部４２内）に連通している。そのため、この間隙には貯留部４２内の潤滑液４１が流入可能である。但し、潤滑液４１は、液位が内筒４４の上端を越えない限り、内筒４４と回転軸２５の間の隙間を通して揚水路２８内へ漏出することはない。言い換えれば、スリーブ３１の凹部３１ｃを含む内筒４４の全高は、貯留部４２内の潤滑液４１が漏出しない高さに設定されている。

【0038】

このように構成された貯留部４２には、潤滑液４１を補充するための注入管４５が接続されている。この注入管４５は、内端がホルダ３３Ａを貫通して貯留部４２内に連通し、外端が直管１７を貫通してポンプケーシング１５外に露出している。注入管４５の外端は、栓体によって塞がれ、潤滑液４１を補充時のみ開放される。注入管４５には、図示しない内視鏡を挿入可能な内径のパイプが用いられている。これにより、内視鏡によって摺接部材３７の摩耗量等、水中軸受装置３０Ａ内を定期的に観察できる。

【0039】

上カバー４６は、スリーブ３１の上部を覆うようにホルダ３３に液密に取り付けられている。この上カバー４６の内部空間は間隙部３５内に連通している。つまり、上カバー４６の内部空間も貯留部４２の一部を構成する。上カバー４６の上端内周部には、全水運転時に揚水路２８からの揚水の侵入を防ぐためのラビリンス部４６ａが設けられている。但し、ラビリンス部４６ａの代わりに、回転軸２５の上カバー４６よりも上側にスリンガ（図１参照）を配置してもよい。

【0040】

パイプ４７は、貯留部４２のうち、摺接部材３７よりも下側部分である下カバー４３内と、摺接部材３７よりも上側部分である上カバー４６内とを連通させるために設けられている。具体的には、パイプ４７は、下カバー４３を貫通して下カバー４３の内部空間に連通した下端部４７ａと、上カバー４６を貫通して上カバー４６の内部空間に連通した上端部４７ｂとを備える。パイプ４７のうち端部４７ａ，４７ｂ以外の部分は、ホルダ３３Ａの径方向外側に配置され、揚水路２８内に露出している。パイプ４７は、１本のみであってよいし、複数本を周方向に間隔をあけて配置してもよく、その数とパイプ径は、摺接部材３７の冷却に必要な潤滑液４１の循環流量に応じて設定される。

【0041】

羽根５０は、スリーブ３１の下端に固着され、スリーブ３１を介して回転軸２５と一体に回転することによって、パイプ４７を通して貯留部４２内の潤滑液４１を循環させる。図４を参照すると、羽根５０は、いわゆるオープン羽根であり、円環状の基板５０ａの下面に概ね放射状に延びる複数の羽根板５０ｂを備え、潤滑液４１を基板５０ａの径方向外側へ送出する。但し、羽根５０は、図５に示すように、厚みを有する円環状の基板５０ａに径方向に延びる複数の送液孔５０ｃを放射状に設けたクローズド羽根であってもよい。

【0042】

以上のように構成された水中軸受装置３０Ａでは、図３に示すように、回転軸２５の停止状態での潤滑液４１の液位は、内筒４４の上端付近に位置している。図６に示すように、電動モータによって回転軸２５が回転されると、スリーブ３１と一体に羽根５０も回転し、貯留部４２内の潤滑液４１が径方向外向きに送出される。送出された潤滑液４１の一部は、下端部４７ａからパイプ４７内を上向き流動し、上端部４７ｂから間隙部３５の上部に流出される。

【0043】

羽根５０の停止状態では空気層であったパイプ４７内の上部が、羽根５０の回転によって潤滑液４１で満たされるため、スリーブ３１と内筒４４の間の潤滑液４１が貯留部４２内に流入する。パイプ４７を通して摺接部材３７の下側の潤滑液４１が摺接部材３７の上側に供給されるため、間隙部３５内では上側から下側に向けた液流が生じる。これにより、潤滑液４１は、スリーブ３１と摺接部材３７の微細な隙間を通過して下カバー４３内へ循環される。

【0044】

立軸ポンプ１０が全水運転、気水混合運転、及び気中運転のいずれの状態であっても、摺接部材３７とスリーブ３１の間が潤滑液４１によって潤滑される。そのため、摺接部材３７を冷却でき、摺接部材３７とスリーブ３１（回転軸２５）の焼き付きを防止できる。しかも、立軸ポンプ１０が気水混合運転又は全水運転の場合、揚水路２８内の揚水によってパイプ４７内の潤滑液４１が熱交換（冷却）されるため、摺接部材３７を効果的に冷却できる。

【0045】

以下、図７及び図８を参照して、下側の水中軸受装置３０Ｂの具体的構成を説明する。以下の説明において、特に言及しない点は上側の水中軸受装置３０Ａと同様である。図７及び図８において、水中軸受装置３０Ａと同一の要素には同一の符号を付している。

【0046】

水中軸受装置３０Ｂのスリーブ３１は、水中軸受装置３０Ａのスリーブ３１と同様に、上端部３１ａ、下端部３１ｂ、及び凹部３１ｃを備え、上端部３１ａの外周部が縮径されていない点でのみ、水中軸受装置３０Ａのスリーブ３１と相違している。

【0047】

水中軸受装置３０Ｂのホルダ３３Ｂは、後に詳述する冷却機構４０Ｂの一部を構成する液槽４９を備える点で、水中軸受装置３０Ａのホルダ３３Ａとは具体的構成が異なっている。このホルダ３３Ｂは、円筒状のホルダ本体３３ａと、ホルダ本体３３ａの下端から径方向外側へ突出した底壁３３ｂと、底壁３３ｂから上側に突出してホルダ本体３３ａを取り囲む外周壁３３ｃとを備える。これらホルダ本体３３ａ、底壁３３ｂ、及び外周壁３３ｃによって液槽４９が画定されている。

【0048】

ホルダ３３Ｂは、外周壁３３ｃから放射状に突出した板状の支持部材３４を介して軸受ケーシング２０に固着されている。水中軸受装置３０Ａのホルダ３３Ａと同様に、ホルダ本体３３ａとスリーブ３１の間には間隙部３５が確保され、ホルダ本体３３ａの下端内周部には配置凹部３６が設けられている。外周壁３３ｃは、摺接部材３７よりも上側へ突出している。

【0049】

水中軸受装置３０Ｂの摺接部材３７は、水中軸受装置３０Ａの摺接部材３７と同様に、セラミック製で、ホルダ３３Ｂの配置凹部３６に取り付けられている。

【0050】

水中軸受装置３０Ｂの冷却機構４０Ｂは、図２及び図３に示すパイプ４７の代わりに、ホルダ３３Ｂに設けられた液槽４９が用いられている点で、水中軸受装置３０Ａの冷却機構４０Ａと大きく相違している。具体的には、冷却機構４０Ｂは、貯留部４２、液槽（流路）４９、及び羽根５０を備える。貯留部４２を形成するために、ホルダ３３Ｂの下端には下カバー４３が取り付けられ、この下カバー４３に内筒４４が取り付けられている。冷却機構４０Ｂは、上端が塞がれた軸受ケーシング２０内に配置されるため、ホルダ３３Ｂの上端には、図２及び図３に示す上カバー４６の代わりに、スリンガ２２を位置決めするスリーブ４８が取り付けられている。

【0051】

冷却機構４０Ｂの貯留部４２は、冷却機構４０Ａの貯留部４２と同様に、スリーブ３１とホルダ３３Ｂの間の間隙部３５と、この間隙部３５に連通する下カバー４３の内部空間によって構成されている。

【0052】

冷却機構４０Ｂの下カバー４３は、受皿状であり、スリーブ３１の下方を覆うようにホルダ３３Ｂの底壁３３ｂに液密に取り付けられている。この下カバー４３には、図３に示すような摺接部材３７を支持する支持部４３ｃは設けられていない。

【0053】

冷却機構４０Ｂの内筒４４は、冷却機構４０Ｂの内筒４４と同様に、下カバー４３の内周縁に液密に取り付けられ、空隙部３２内へ突出している。但し、水中軸受装置３０Ｂが軸受ケーシング２０内に配置されるため、内筒４４には、図３に示すネジ部４４ａは設けられていない。

【0054】

このように構成された冷却機構４０Ｂの貯留部４２には、潤滑液４１を補充するための注入管４５が接続されている。この注入管４５は、軸受ケーシング２０及びホルダ３３Ｂの外周壁３３ｃを貫通し、内端がホルダ本体３３ａを貫通して貯留部４２内に連通し、外端がベーンケーシング１８を貫通してポンプケーシング１５外に露出している。

【0055】

スリンガ２２を位置決めするスリーブ４８は、樹脂製で、回転軸２５に密着状態で配置される内径の筒体である。スリーブ４８の下端はホルダ本体３３ａの上端に当接し、スリーブ４８の上端はスリンガ２２の下面に当接している。

【0056】

液槽４９は、全体として円環状の空間であり、前述のようにホルダ本体３３ａ、底壁３３ｂ、及び外周壁３３ｃとによって画定されている。底壁３３ｂには、液槽４９内と下カバー４３内を連通させる第１連通孔３３ｄが設けられている。ホルダ本体３３ａには、液槽４９内と間隙部３５の摺接部材３７よりも上側の部分とを連通させる第２連通孔３３ｅが設けられている。これら連結孔３３ｄ，３３ｅは、それぞれ１個ずつであってもよいし、周方向に間隔をあけて複数個ずつ設けられていてもよく、その数と直径は、摺接部材３７の冷却に必要な潤滑液４１の循環流量に応じて設定される。

【0057】

冷却機構４０Ｂの羽根５０は、冷却機構４０Ａの羽根５０と同様に、スリーブ３１の下端に固着され、スリーブ３１を介して回転軸２５と一体に回転することによって、液槽４９を通して貯留部４２内の潤滑液４１を循環させる。この羽根５０には、図４に示すオープン羽根及び図５に示すクローズド羽根のいずれかが用いられる。

【0058】

以上のように構成された水中軸受装置３０Ｂでは、回転軸２５の停止状態での潤滑液４１の液位は、内筒４４の上端付近に位置している。図８に示すように、電動モータによって回転軸２５が回転されると、スリーブ３１と一体に羽根５０も回転することにより、貯留部４２内の潤滑液４１は、径方向外向きに送出される。これにより、下カバー４３内の径方向の外側が内側よりも高圧になるため、潤滑液４１の一部が第１連通孔３３ｄを通って液槽４９内に流入し、液槽４９内の潤滑液４１の一部が第２連通孔３３ｅを通って間隙部３５の上部に流出される。また、間隙部３５内では上側から下側に向けた液流が生じ、これにより潤滑液４１は、スリーブ３１と摺接部材３７の微細な隙間を通過して下カバー４３内へ循環される。

【0059】

以上のように構成された水中軸受装置３０は、以下の特徴を有する。

【0060】

回転軸２５は、保護管によって取り囲まれてなく、スリーブ３１を介して摺接部材３７によって回転可能に支持されている。また、スリーブ３１に固着された羽根５０は、回転軸２５と一体に回転することによって、スリーブ３１とホルダ３３の間の間隙部３５と下カバー４３によって構成された貯留部４２内の潤滑液４１を、パイプ４７又は液槽４９を通して循環させる。これにより、潤滑液４１によって摺接部材３７を確実に冷却でき、摺接部材３７とスリーブ３１（回転軸２５）の焼焼き付きを防止できる。また、回転軸２５を取り囲む保護管、保護管からの液漏れを防ぐためのメカニカルシール、及び給水ポンプ等の駆動源を用いる場合と比較して、摺接部材３７の冷却機構４０を簡素化できるうえコストダウンを図ることができる。

【0061】

上側の水中軸受装置３０Ａは、スリーブ３１の上部を覆うようにホルダ３３Ａに設けられた上カバー４６を備える。これにより、排水時に揚水に含まれる異物がスリーブ３１と摺接部材３７の間に侵入することを防止できる。また、循環用の流路は、下カバー４３を貫通した下端部４７ａと、上カバー４６を貫通した上端部４７ｂとを有するパイプ４７によって構成されている。つまり、下カバー４３、上カバー４６、及びパイプ４７が無い周知の水中軸受に対し、下カバー４３、上カバー４６、パイプ４７、及び羽根５０を設けるだけで、ホルダ３３内に貯留部４２を形成し、潤滑液４１を循環できる。よって、気中運転を行う立軸ポンプ１０に用いられる水中軸受装置３０Ａの冷却機構４０Ａを、確実に簡素化できるとともにコストダウンを図ることができる。また、パイプ４７は、ポンプケーシング１５内の揚水路２８に露出されるため、排水時の揚水によって潤滑液４１を効果的に冷却できる。

【0062】

下側の水中軸受装置３０Ｂのホルダ３３Ｂは、ポンプケーシング１５内に配置されてインペラ２７が下側に配置される軸受ケーシング２０内に配置されている。これにより、排水時に揚水に含まれる異物がスリーブ３１と摺接部材３７の間に侵入することを防止できる。また、循環用の流路は、ホルダ３３が備えるホルダ本体３３ａと底壁３３ｂと外周壁３３ｃとによって画定された液槽４９と、底壁３３ｂに設けられた第１連通孔３３ｄと、ホルダ本体３３ａに設けられた第２連通孔３３ｅとによって構成されている。よって、気中運転を行う立軸ポンプ１０に用いられる水中軸受装置３０Ｂの冷却機構４０Ｂを、確実に簡素化できるとともにコストダウンを図ることができる。

【0063】

摺接部材３７が配置されたスリーブ３１の下端部３１ｂ側には凹部３１ｃが設けられ、この凹部３１ｃによってスリーブ３１と回転軸２５の間には、下端部３１ｂを開放した空隙部３２が形成されている。これにより、スリーブ３１は、上端部３１ａのみが回転軸２５に固着された片持ち構造になり、摺接部材３７を配置する下端部３１ｂには空隙部３２によって緩衝機能を付与できる。よって、回転軸２５の回転によって摺接部材３７に加わる衝撃を緩和できるため、摺接部材３７がセラミック製の場合に摺接部材３７の損傷を効果的に抑制できる。

【0064】

摺接部材３７がスリーブ３１の下端部４７ａに配置され、下カバー４３には、回転軸２５及びスリーブ３１に対して間隔をあけて位置する内筒４４が設けられている。これにより、貯留部４２に連通した空隙部３２に流入する潤滑液４１は、液位が内筒４４の上端を越えるまで漏出することはない。よって、貯留部４２に所定量の潤滑液４１を確実に貯留できる。

【0065】

羽根５０はスリーブ３１の下端に固着されている。これにより、潤滑液４１を循環させるための羽根５０をスリーブ３１に容易に固着できる。また、羽根５０は下カバー４３内に配置されている。これにより、羽根５０の直径を確保できるため、潤滑液４１を確実に循環できる。

【0066】

なお、本発明は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

【0067】

例えば、図９に示すように、水中軸受装置３０Ａには、図３に示すセラミック製の摺接部材３７の代わりに、セラミックスよりも耐衝撃力が高いゴム製又は樹脂製の摺接部材３７が用いられてもよい。この場合、スリーブ３１には緩衝用の凹部３１ｃを設ける必要はなく、下端部３１ｂも回転軸２５に密着する構成とすることが好ましい。この場合、下カバー４３には内筒４４を設ける必要はなく、揚水の侵入を防ぐためのネジ部は下カバー４３の内周部に設けることが好ましい。図８に示す水中軸受装置３０Ｂも、図９に示す水中軸受装置３０Ａと同様に構成してもよい。また、水中軸受装置３０Ａに用いられる摺接部材３７の材質と、水中軸受装置３０Ｂに用いられる摺接部材３７の材質とは、異なっていてもよい。

【0068】

スリーブ３２は、上端部３１ａ側に凹部３１ｃが設けられて下端部３１ｂが回転軸２５に固着される構成で、摺接部材３７は、凹部３１ｃと対応するようにスリーブ３２の上部に配置される構成であってもよい。

【0069】

下カバー４３及び上カバー４６のうちの一方は、ホルダ３４に一体に設けられていてもよい。内筒４４は、下カバー４３に一体に設けられてもよい。

【0070】

水中軸受装置３０Ａでは、パイプ４７の下端部４７ａは、ホルダ３３Ａのうち摺接部材３７の下側を貫通し、パイプ４７の上端部４７ｂは、ホルダ３３Ａのうち摺接部材３７の上側を貫通してもよい。

【0071】

羽根５０は、スリーブ３２の上端部３２ａ側に固着されてもよいし、下端又は上端に対して間隔をあけた位置に固着されてもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ 吸水槽
２ 据付床
１０ 立軸ポンプ
１５ ポンプケーシング
１６ 揚水管
１７ 直管
１８ ベーンケーシング
１９ ベルマウス
２０ 軸受ケーシング
２１ 支持部材
２２ スリンガ
２３ 吐出管
２５ 回転軸
２６ 軸封装置
２７ インペラ
２８ 揚水路
３０，３０Ａ，３０Ｂ 水中軸受装置
３１ スリーブ
３１ａ 上端部（他方の端部）
３１ｂ 下端部（一方の端部）
３１ｃ 凹部
３２ 空隙部
３３，３３Ａ，３３Ｂ ホルダ
３３ａ ホルダ本体
３３ｂ 底壁
３３ｃ 外周壁
３３ｄ 第１連通孔
３３ｅ 第２連通孔
３４ 支持部材
３５ 間隙部
３６ 配置凹部
３７ 摺接部材
４０，４０Ａ，４０Ｂ 冷却機構
４１ 潤滑液
４２ 貯留部
４３ 下カバー
４３ａ カバー本体
４３ｂ 上面部
４３ｃ 支持部
４４ 内筒
４４ａ ネジ部
４５ 注入管
４６ 上カバー
４６ａ ラビリンス部
４７ パイプ（流路）
４７ａ 下端部
４７ｂ 上端部
４８ スリーブ
４９ 液槽（流路）
５０ 羽根
５０ａ 基板
５０ｂ 羽根板
５０ｃ 送液孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】