JP5047586B2

JP5047586B2 - 立軸ポンプの支持構造

Info

Publication number: JP5047586B2
Application number: JP2006293454A
Authority: JP
Inventors: 欣則渡邉; 康雄半田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: JP2008111344A

Description

本発明は、主軸が垂直（鉛直）に延び、主軸の下端部に羽根車が設けられた立軸ポンプの支持構造に関する。

例えば、発電所においては、海水を汲み上げて復水器に海水を供給するために、立軸ポンプを循環ポンプとして使用している。この立軸ポンプは、例えば、海中から海上に垂直に延びる垂直管部と、軸線が海上で水平方向に曲げられた横管部（吐出しベント部）とを有するケーシングが配設され、このケーシングの垂直管部内に、海中から海上に垂直に延びる主軸が配設されている。また、この主軸の下端部に羽根車が配設され、主軸が海中および海上において、軸受によって回転自在に支持（軸支）されている。一方、ケーシングの横管部には、海水を復水器に導くための配管が接続されている。そして、主軸を回転させて羽根車を回転させることで、海水を汲み上げてケーシングの横管部から配管に海水を流動させ、海水を復水器に供給するものである（例えば、特許文献１参照。）。

また、海水を汲み上げて復水器に供給するための立軸ポンプなどは、大型で大口径であり、配管を流動する海水の反力よりも、配管の熱膨張による荷重（熱荷重）の方が大きい。このため、配管を軸線方向（水平方向）には固定せずに、配管を流動する海水の反力を立軸ポンプ自体で受ける構造とする場合が多い。さらに、危険速度（主軸を破損させるような危険な状態になる回転速度）を高くするために、複数の水中軸受（水中に配設される軸受）によって主軸を支持するようにしている。
特開２００５−１６４７６号公報

ところで、上記のような立軸ポンプの水中軸受として、従来、外部から潤滑水を供給するカットレス（ゴム）軸受が使用されていた。このカットレス（ゴム）軸受を使用するには、フローリレー、バルブ、ストレーナなどの注水装置や潤滑水槽、潤滑水ポンプ、取水ポンプなどの供給設備を備え、カットレス（ゴム）軸受に潤滑水を供給して軸受を潤滑する必要がある。

これに対し、近年、設備の簡素化や信頼性の向上などを目的として、潤滑水の供給（注水）が不要な無注水軸受が使用されるようになってきた。この無注水軸受は、軸受性能を発揮するために、従来のカットレス（ゴム）軸受に比べて、軸受隙間が小さく設定されており、ばね定数も高く設定されている。

一方、上記のように、配管を軸線方向に固定しない場合には、配管を流動する海水の反力が立軸ポンプ（ケーシング）に加わり、軸受に衝撃荷重や過大な軸受荷重が加わる。そして、このような荷重が無注水軸受に加わると、軸受隙間が小さいために、異常磨耗や損傷、破損などが生じる場合があり、軸受の性能、信頼性が低下するとともに、寿命を低下させる要因となる。特に、ポンプ始動時においては、無注水軸受がドライな状態であるため、過大な軸受荷重などが加わること異常磨耗や損傷などが生じ易い。このため、軸受への荷重を軽減するために、ケーシングの横管部にリブを設けるなどして立軸ポンプ自体の剛性を高め、さらに、立軸ポンプを設置する架台の床強度を高める必要があった。

そこで本発明は、軸受隙間が小さい軸受が水の反力によって損傷することを抑えることができる立軸ポンプの支持構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、水中から水上に垂直に延びる垂直管部と、水上で曲げられた横管部とを有するケーシングと、前記ケーシングの垂直管部内に配設され、水中から水上に垂直に延び、前記横管部を貫通する主軸と、前記主軸の下端部に配設された羽根車と、前記主軸が前記横管部を貫通する貫通部の近傍に設けられ、前記主軸を支持する軸受と、を備え、前記ケーシングの横管部に配管が接続され、前記主軸の回転に伴って前記羽根車が回転することで、水を汲み上げて前記ケーシングの横管部から前記配管に水を流動させる立軸ポンプを支持する立軸ポンプの支持構造であって、外部の支持体と前記ケーシングの横管部との間に、前記配管を流動する水の反力に対向して支持部材を設け、この支持部材を介して前記立軸ポンプを前記外部の支持体で支持するとともに、当該支持部材が、前記軸受の近傍を支持するように配設されている、ことを特徴としている。
（作用）
配管を流動する水の反力に対して、支持部材を介して外部の支持体によって立軸ポンプが支持される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の立軸ポンプの支持構造において、前記支持部材を複数設けることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、配管を流動する水の反力に対抗して、支持部材（外部の支持体）によって立軸ポンプが支持されるため、水の反力によって、軸受に衝撃荷重や過大な軸受荷重が加わることが抑制される。このため、軸受隙間が小さい無注水軸受などが水の反力によって異常磨耗や損傷などを起こすことが抑えられ、適正な寿命を維持することが可能となる。また、支持部材がケーシングの横管部で、かつ軸受の近傍を支持するように配設されているため、水の反力に対抗して軸受をより強固に支持し、反力によるモーメントを軽減することができる。この結果、水の反力やモーメントによる軸受の異常磨耗や損傷などをより抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、支持部材が複数設けられているため、水の反力を分散させて外部の支持体で支持し、立軸ポンプ（軸受）をより良好に支持することが可能となる。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る立軸ポンプ１の支持構造を示す正面図（一部断面図）である。この実施の形態に係る立軸ポンプ１は、加圧流動床複合発電所などの発電所に設置され、海水（水）Ｗを汲み上げて復水器に海水Ｗを供給する循環ポンプであり、次のような構成となっている。

まず、海中Ｗから海上に垂直に延びる垂直管部２ａと、軸線が海上で水平に曲げられた吐出しベント部（横管部）２ｂとを有する略Ｌ字形のケーシング２が配設されている。このケーシング２の垂直管部２ａ内に、海中Ｗから海上に垂直に延びる主軸３が、垂直管部２ａと同軸上に配設されている。この主軸３の下端部は、垂直管部２ａの下端部にまで延び、上端部は吐出しベント部２ｂを貫通し、立軸ポンプ１の上方に配設された駆動機（モータ）４の駆動軸４ａに、同軸に連結されている。また、主軸３の下端部には羽根車５が配設され、羽根車５の上方に位置するように、垂直管部２ａ内に案内羽根６が配設されている。

このような主軸３は、この実施の形態では、３つの軸受７によって支持（軸支）されている。すなわち、羽根車５の近傍と、吐出しベント部２ｂの近傍と、その中間部とにおいて、軸受７によって支持されている。この軸受７は、セラミックや樹脂で構成され、潤滑水の供給が不要な軸受であり、潤滑水の供給が必要なカットレス（ゴム）軸受に比べて、軸受隙間が小さく設定されている。また、軸受７は、ケーシング２内に配設された保持部材（図示せず）によって、ケーシング２内に配設、保持されている。さらに、主軸３が貫通する吐出しベント部２ｂの貫通部には、貫通部を封止（封孔）するためのブロック状の軸封装置８が配設されている。

一方、ケーシング２の吐出しベント部２ｂには、配管９〜１２が接続されている。すなわち、吐出しベント部２ｂに、水平管９を介して吐出弁１０が接続され、吐出弁１０に可とう管（フレキシブル継手）１１が接続されている。さらに、可とう管１１に、一端部が復水器側に接続された供給管１２が接続されている。

そして、駆動機４を駆動させると、主軸３が回転して羽根車５が回転することで、海水Ｗを汲み上げられる。汲み上げられた海水Ｗは、ケーシング２の吐出しベント部２ｂから吐出し、水平管９、吐出弁１０、可とう管１１および供給管１２を流動して、復水器に供給されるものである。なお、図中符号４ｂは、駆動機４のスラスト軸受であり、符号４ｃは、駆動機４のラジアル軸受である。

このような構造の立軸ポンプ１および駆動機４が、次のようにして架台（外部の支持体）１３に設置、支持されている。

すなわち、架台１３は、断面が略コ字状であり、上水平部１３ａの上に、駆動機４の底部に設けられた水平な設置板４ｄが固定され、これにより、駆動機４が架台１３に設置されている。また、架台１３の下水平部１３ｂの上に、ケーシング２に取り付けられた水平な取付板１４が固定され、これにより、立軸ポンプ１が架台１３に設置されている。つまり、この実施の形態では、駆動機４を架台１３の上水平部１３ａに設置し、立軸ポンプ１を架台１３の下水平部１３ｂに設置する二床式となっている。

さらに、架台１３と立軸ポンプ１との間には、保護ステイ（支持部材）１５が配設（架設）されている。すなわち、保護ステイ１５は、図２に示すように、円筒状のステイ本体１５ａの両端部に、ステイ本体１５ａの軸線に垂直な取付板１５ｂが設けられ、この取付板１５ｂの四隅には、取付孔１５ｃが形成されている。また、ステイ本体１５ａの外周には、ステイ本体１５ａの軸線に沿って延びる補強リブ１５ｄが、９０度ごとに４つ設けられている。このような保護ステイ１５の一方の取付板１５ｂが、架台１３の垂直部１３ｃに固定され、他方の取付板１５ｂが、軸封装置８の軸受７近傍側に固定され、水平に配設されている。つまり、保護ステイ１５が、ケーシング２の吐出しベント部２ｂで、かつ軸受７の近傍を支持するように配設されている。

このように配設されている保護ステイ１５の軸線は、ケーシング２の吐出しベント部２ｂの水平軸と対向する。つまり、配管９〜１２を流動する海水Ｗの反力Ｆ５（後述する反力Ｆ４）に対向する。ここで、この実施の形態では、図３の実線で示すように、保護ステイ１５が１つ配設され、海水Ｗの流動方向（反力Ｆ４の方向）に対して、保護ステイ１５の軸線が平行するように（反力Ｆ４の方向と保護ステイ１５の軸線とが重なるように）配設されている。そして、このような保護ステイ１５を介して、立軸ポンプ１（ケーシング２）が架台１３によって支持されている。

ここで、保護ステイ１５の強度（剛性）は、海水Ｗの反力Ｆ５によって軸受７の軸心がずれるズレ量（変形量）が許容量以内になるように、つまり、反力Ｆ５が加わっても軸受７の軸受隙間が必要最低な隙間以上確保されるように設定されている。すなわち、後述するように、吐出しベント部２ｂの変形量が、軸受７の軸心ズレ許容量以内になるように設定されている。さらに、架台１３の垂直部１３ｃの強度（剛性）は、反力Ｆ５に耐えられるように（変形等しないように）設定されている。

次に、このような構成の立軸ポンプ１の支持構造の作用などについて説明する。

まず、駆動機４を駆動させると、主軸３の回転に伴って羽根車５が回転し、海水Ｗが汲み上げられる。汲み上げられた海水Ｗは、上記のようにして、供給管１２から復水器に供給される。この際、可とう管１１に作用する海水Ｗの流体反力Ｆ４が、その反力Ｆ５として吐出しベント部２ｂに作用する。そして、この反力Ｆ５に対して保護ステイ１５によって、つまり保護ステイ１５を介して架台１３によって、ケーシング２（立軸ポンプ１）が支持される。これにより、軸受７に衝撃荷重や過大な軸受荷重が加わることが抑制され、上記のように、軸受７の軸受隙間が必要最低な隙間以上確保されるものである。

ここで、架台１３の上水平部１３ａに作用する駆動機床荷重Ｆｋと、架台１３の下水平部１３ｂに作用するポンプ床荷重Ｆｆは、次のとおりである。

Ｆｋ＝Ｆｍ＋Ｆｒ＋Ｆ３
Ｆｆ＝Ｆｐ＋Ｆｗ−Ｆ２
Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３
Ｆｍ：駆動機４の重量、Ｎ
Ｆｒ：立軸ポンプ１の回転体（主軸３、羽根車５など）の重量、Ｎ
Ｆ３：スラスト軸受荷重、Ｎ
Ｆｐ：ケーシング２の重量、Ｎ
Ｆｗ：立軸ポンプ１内の海水重量、Ｎ
Ｆ２：スラスト反力、Ｎ
Ｆ１：立軸ポンプ１のスラスト力、Ｎ
また、可とう管１１に作用する流体反力Ｆ４と、吐出しベント部２ｂに作用する流体反力Ｆ５は、次のとおりである。

Ｆ４＝Ｐｄ×Ｓａ＝Ｋｐ×Ｓｐ
Ｆ５＝Ｋｆ×Ｓｆ
Ｆ４＝Ｆ５
Ｐｄ：吐出圧力、Ｐａ
Ｓａ：可とう管１１の断面積、ｍ^２
Ｋｐ：可とう管１１のばね定数、Ｎ／ｍ
Ｓｐ：可とう管１１の変形量、ｍ
Ｋｆ：吐出しベント部２ｂのばね定数、Ｎ／ｍ
Ｓｆ：吐出しベント部２ｂの変形量、ｍ
そして、吐出しベント部２ｂの変形量Ｓｆが、軸受７の軸心ズレ許容量以内になるように、保護ステイ１５の強度が設定されているものである。なお、図１中符号Ｆ６は、架台１３に作用する流体反力（架台１３からの反力）を示す。

以上のように、この立軸ポンプ１の支持構造によれば、配管９〜１２を流動する海水Ｗの反力Ｆ５に対抗して、保護ステイ１５（架台１３）によって立軸ポンプ１が支持されるため、海水Ｗの反力Ｆ５によって、軸受７に衝撃荷重や過大な軸受荷重などが加わることが抑制される。このため、軸受隙間が小さい無注水軸受である軸受７が、海水Ｗの反力Ｆ５によって異常磨耗や損傷などを起こすことが抑えられ、軸受７の性能、信頼性が維持されるとともに、適正な寿命を維持することが可能となる。

しかも、反力Ｆ５を受けるケーシング２の吐出しベント部２ｂで、かつ軸受７の近傍を支持するように保護ステイ１５が配設されているため、海水Ｗの反力Ｆ５に対抗して軸受７をより強固に支持し、反力Ｆ５によるモーメントを軽減することができる。この結果、海水Ｗの反力Ｆ５やモーメントによる軸受７の異常磨耗や損傷などをより抑えることができる。

このようにして軸受７の異常磨耗や損傷などが抑えられるため、海水Ｗの反力Ｆ５に対抗するために立軸ポンプ１自体の剛性を高めたり、架台１３の床強度を高めたりする必要がなくなる。また、無注水軸受は揚液によって自己潤滑するが、ポンプ始動時においては、無注水軸受がドライな状態であるため、過大な軸受荷重などが加わること異常磨耗や損傷などが生じ易い。しかしながら、上記のように、軸受７に衝撃荷重や過大な軸受荷重などが加わることが抑制されるため、ポンプ始動時においても、軸受７に異常磨耗や損傷などが生じることが抑えられる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、この実施の形態においては、保護ステイ１５を１つ配設しているが、海水Ｗの反力Ｆ５の大きさや架台１３の強度などに応じて、複数配設するようにしてもよい。すなわち、例えば、図３の二点鎖線で示すように、２つの保護ステイ１５を海水Ｗの流動方向（反力Ｆ４の方向）に対して線対称に配設してもよい。これにより、海水Ｗの反力Ｆ５を分散させて架台１３で支持し、立軸ポンプ１（軸受７）をより良好に支持することが可能となる。また、この実施の形態では、立軸ポンプ１と駆動機４とをそれぞれ別の床に設置する二床式について説明したが、立軸ポンプ１と駆動機４とを共通の床に設置する一床式や、立軸ポンプ１や配管９〜１２を懸垂させた状態で設置する懸垂式などであってもよい。

この発明の実施の形態に係る立軸ポンプの支持構造を示す正面図（一部断面図）である。図１の支持構造における保護ステイの正面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図である。図１の支持構造において、海水の流動方向と保護ステイの配設位置とを示す模式図である。

符号の説明

１立軸ポンプ
２ケーシング
２ａ垂直管部
２ｂ吐出しベント部（横管部）
３主軸
４駆動機
５羽根車
６案内羽根
７軸受
８軸封装置
９水平管（配管）
１０吐出弁（配管）
１１可とう管（配管）
１２供給管（配管）
１３架台（外部の支持体）
１３ａ上水平部
１３ｂ下水平部
１３ｃ垂直部
１５保護ステイ（支持部材）
Ｗ海水（水）
Ｆ１スラスト力
Ｆ２スラスト反力
Ｆ３スラスト軸受荷重
Ｆ４可とう管に作用する流体反力
Ｆ５吐出しベント部に作用する流体反力
Ｆ６架台に作用する流体反力

Claims

水中から水上に垂直に延びる垂直管部と、水上で曲げられた横管部とを有するケーシングと、
前記ケーシングの垂直管部内に配設され、水中から水上に垂直に延び、前記横管部を貫通する主軸と、
前記主軸の下端部に配設された羽根車と、
前記主軸が前記横管部を貫通する貫通部の近傍に設けられ、前記主軸を支持する軸受と、を備え、
前記ケーシングの横管部に配管が接続され、前記主軸の回転に伴って前記羽根車が回転することで、水を汲み上げて前記ケーシングの横管部から前記配管に水を流動させる立軸ポンプを支持する立軸ポンプの支持構造であって、
外部の支持体と前記ケーシングの横管部との間に、前記配管を流動する水の反力に対向して支持部材を設け、この支持部材を介して前記立軸ポンプを前記外部の支持体で支持するとともに、当該支持部材が、前記軸受の近傍を支持するように配設されている、ことを特徴とする立軸ポンプの支持構造。
前記支持部材を複数設けることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプの支持構造。