排水泵及水下轴承装置.pdf

一种排水泵及水下轴承装置，排水泵(100)，具有：将安装于旋转轴(1)上的叶片(4)配置在泵壳体(2)内所形成的泵部(30)和用混入了硬质粒子的扬水作为润滑剂并且具有支承旋转轴(1)的滑动轴承(5)的水下轴承装置。用硬质合金材料形成旋转轴(1)的、由滑动轴承(5)所支承的部分，并且用具有硬质粒子掩埋性的热塑性树脂材料形成滑动轴承(5)的轴支承面。

1.  一种排水泵，具有：将安装在旋转轴上的叶片配置在泵壳体内而形成的泵部和用混入了硬质粒子的扬水作为润滑剂并具有支承所述旋转轴的滑动轴承的水下轴承装置，其特征在于：
以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分，
并且用具有硬质粒子掩埋性的热塑性树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。

2.  一种排水泵，具有：将安装在旋转轴上的叶片配置在泵壳体内而形成的泵部和用混入了硬质粒子的扬水作为润滑剂并具有轴支撑所述旋转轴的滑动轴承的水下轴承装置，其特征在于：
以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分，
并且用将硬质粒子复合化的热塑性树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。

3.  根据权利要求1所述的排水泵，其特征在于：使用不含纤维的热塑性树脂材料，作为形成于所述滑动轴承的轴支承面上的热塑性树脂材料。

4.  根据权利要求1所述的排水泵，其特征在于：设有使所述滑动轴承的扬水流入侧的开口窄小的环状部件。

5.  根据权利要求4所述的排水泵，其特征在于：将所述旋转轴及所述滑动轴承水平配置，作为横轴泵部及横轴滑动轴承，将所述滑动轴承设置为使所述滑动轴承与所述旋转轴的滑动部间隙、上部宽且下部比上部窄，并且以使所述环状部件与所述旋转轴之间的开口、上部窄且下部比上部宽、但比所述滑动间隙的上部窄的方式将所述环状部件装载于所述旋转轴上。

6.  根据权利要求1所述的排水泵，其特征在于：用硬质合金镀膜形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承轴支承的部分。

7.  根据权利要求1所述的排水泵，其特征在于：在所述旋转轴的、由所述滑动轴承支承的部分上，从所述旋转轴的一侧插入设置具有耐蚀性的硬质合金制的套管。

8.  根据权利要求1所述的排水泵，其特征在于：将至少表面由硬质合金材料形成的所述硬质合金制套管、从所述旋转轴一侧的端部插入设置，并在所述旋转轴的端部、可装卸地安装有保持所述硬质合金制套管的定位部件。

9.  一种水下轴承装置，用混入硬质粒子的扬水作为润滑剂并具有支承所述旋转轴的滑动轴承，其特征在于：
以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分，
并且用具有硬质粒子掩埋性的树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。

10.  一种水下轴承装置，用混入硬质粒子的扬水作为润滑剂并具有支承所述旋转轴的滑动轴承，其特征在于：
以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分，
并且用将硬质粒子复合化的树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。

排水泵及水下轴承装置
技术领域
本发明涉及排水泵及水下轴承装置，尤其涉及一种将混入了硬质粒子的扬水作为轴承润滑剂使用的排水泵及水下轴承装置。
背景技术
作为支承横轴排水泵主轴的轴承，被广泛使用的是设在泵壳体外的滚动轴承、和设在扬水管路中(泵壳体中)且以混入了硬质粒子的扬水作为轴承润滑剂使用的滑动轴承的组合。
作为滑动轴承，如实开昭62-194919号公告(专利文献1)所公开的，其使用的是耐磨性优越的陶瓷轴承。该陶瓷轴承，从避免因单侧接触损伤的观点出发，采用了弹性支撑的结构。该弹性支撑结构，是在金属套内热装陶瓷轴承，并将橡胶安装在该金属套的外圆周部的结构。为了将陶瓷轴承与设在泵壳体外的滚动轴承的轴心保持水平，采用了高刚性的弹性支撑结构。装配初期，硬质橡胶几乎没有变形且可以保持水平，并且可以获得避免单侧接触且稳定的滑动特性。
另外，作为立轴排水泵的轴承，有使用如特开平6-147228号(专利文献2)公报中公开的陶瓷轴承。在该陶瓷轴承上，为了避免固定在金属外壳上的陶瓷衬垫轴承的单侧接触，而在金属外壳外圆周侧形成球面状的支点，在支点的外圆周侧配置金属环，并安装硬质橡胶以包围该金属环。根据这样的结构，可以防止陶瓷衬垫轴承因单侧接触的损伤。
另外，作为横型排水泵，如特开平6-346887号公报(专利文献3)所公开的，还有利用使用白合金的油润滑方式的滑动轴承作为轴承的实例。该滑动轴承，与陶瓷轴承不同，由于不是弹性支撑，所以即使长期运转也能保持轴心水平，并能避免因单侧接触的损伤。
另一方面，作为柴油机、汽轮机等具有由硬质部件及软质部件构成的滑动面的滑动轴承，如特开平10-252758号公报(专利文献4)所公开的。在该专利文献4中，是在具有将硬质部件及软质部件交互配置而形成的滑动面的滑动轴承上、将硬质部件及软质部件相对于滑动方向倾斜配置的结构。根据该结构，即使扩展硬质部件的宽度，以便具有必要的负荷能力，也必须使沿滑动方向移动的润滑油中的异物、通过相对于滑动方向倾斜配置的软质部件，以便能将该异物可靠地嵌入软质部件，既能使滑动轴承具有负荷能力，又能提高润滑油中异物的淹没性，可以防止烧轴。
另外，作为汽车·船舶·农业机械，建筑机械等的内燃机用轴承所使用的滑动轴承，如特开2002-147459号公报(专利文献5)所公开的。该滑动轴承，具有轴瓦里衬层、设在轴瓦里衬层上的轴承合金层和积层于轴承合金层并构成其表面层的覆盖层，在覆盖层的表面上形成微小的月牙洼形的凹部，并且在覆盖层的表面上喷镀硬质粒子。因此，其表面具有存油功能，并加厚了在动作时产生的油膜，能获得稳定的滑动特性。
但是，在专利文献1、2中，虽然记载了关于防止陶瓷轴承的单侧接触，但并没有公开关于因混入作为润滑剂所用的扬水中的硬质粒子而损伤轴承的内容。对于专利文献1、2的轴承，若用扬水作为润滑剂，当水中混入硬质粒子时，则有被该硬质粒子损伤轴承部的危险。
另外，如专利文献3～5所公开的，其使用的是与用扬水作为轴承润滑剂的滑动轴承不同的油润滑轴承。在该方式中，为了可靠地防止油向轴承外流出，其具有不可缺少的高可靠性的油封、轴承装置昂贵的问题。并且，从维持稳定的轴承性能的观点出发，必须定期地检查所使用油的油质劣化状况，不能说充分考虑了免维护的问题。
本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种排水泵及水下轴承装置，用扬水作为滑动轴承的润滑剂且免维护，并且可以提高对混入扬水中的硬质粒子的耐磨性及能实现防止硬粒磨损，可避免产生以热冲击为起因地裂纹或损伤。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的排水泵，具有：将安装在旋转轴上的叶片配置在泵壳体内而形成的泵部、以混入了硬质粒子的扬水作为润滑剂使用并具有轴支承所述旋转轴的滑动轴承的水下轴承装置，其特征在于：以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分；并且用具有硬质粒子掩埋性的热塑性树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。
为了达到上述目的，本发明的排水泵，具有：将安装在旋转轴上的叶片配置在泵壳体内而形成的泵部、以混入了硬质粒子的扬水作为润滑剂使用并具有轴支撑所述旋转轴的滑动轴承的水下轴承装置，其特征在于：以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分；并且用将硬质粒子复合化的热塑性树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。
在上述发明中，更理想的是以下的结构。
(1)使用不含纤维的热塑性树脂材料，作为形成于所述滑动轴承的轴支承面上的热塑性树脂材料。
(2)设有使所述滑动轴承的扬水流入侧的开口窄小的环状部件。
(3)将所述旋转轴及所述滑动轴承水平配置，作为横轴泵部及横轴滑动轴承，将所述滑动轴承设置为使所述滑动轴承与所述旋转轴的滑动部间隙、上部宽且下部比上部窄，并且以使所述环状部件与所述旋转轴之间的开口、上部窄且下部比上部宽、但比所述滑动间隙的上部窄的方式将所述环状部件装载于所述旋转轴上。
(4)用硬质合金镀膜形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承轴支承的部分。
(5)在所述旋转轴的、由所述滑动轴承支承的部分上，从所述旋转轴的一侧插入设置具有耐蚀性的硬质合金制的套管。
(6)将至少表面由硬质合金材料形成的所述硬质合金制套管、从所述旋转轴一侧的端部插入设置，并在所述旋转轴的端部、可装卸地安装有保持所述硬质合金制套管的定位部件。
另外，为了达到上述目的，本发明的水下轴承装置，以混入硬质粒子的扬水作为润滑剂使用、并具有支承所述旋转轴的滑动轴承，其特征在于：以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分；并且用具有硬质粒子掩埋性的树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。
另外，为了达到上述目的，本发明的水下轴承装置，以混入硬质粒子的扬水作为润滑剂使用、并具有支承所述旋转轴的滑动轴承，其特征在于：以硬质合金材料形成所述旋转轴的、由所述滑动轴承所支承的部分；并且用将硬质粒子复合化的树脂材料形成所述滑动轴承的轴支承面。
根据本发明，由于以混入硬质粒子的扬水作为润滑剂使用，以硬质合金材料形成上述旋转轴的、由上述滑动轴承所支承的部分，并且用具有硬质粒子掩埋性的热塑性树脂材料形成上述滑动轴承的轴支承面，所以可获得对于滑动轴承能免维护并且可以实现提高对混入扬水中硬质粒子的耐磨性及防止硬料磨损、还可避免产生由热冲击导致的裂纹或损伤的排水泵及水下轴承装置。
即，通过用扬水作为滑动轴承的润滑剂使用，所以不需要如以往的油润滑轴承那样，检查油的劣化状况，可以免维护。另外，由于硬质粒子能容易地掩埋在轴承滑动面中，且滑动面因掩埋的硬质粒子而受到保护，所以，能大幅度提高热塑性树脂材料的耐磨性，能获得长期稳定的滑动特性，并且由于浮游的硬质粒子容易滑动地流过掩埋了硬质粒子的轴承滑动面，所以，能防止轴承滑动面的硬料磨损。并且，由于使用了热塑性树脂材料，所以，即使因对泵主轴的单侧接触而产生局部的水膜破坏，其滑动面软化也容易引起流动，随着平滑化而适应泵主轴的状态并使其稳定，能够避免产生以热冲击导致的裂纹或损伤。
另外，根据本发明，由于以混入了硬质粒子的扬水作为润滑剂使用，以硬质合金材料形成上述旋转轴的、由上述滑动轴承所支承的部分，并且用将硬质粒子复合化的热塑性树脂材料形成上述滑动轴承的轴支承面，所以能获得用扬水作为滑动轴承的润滑剂并免维护、实现提高对混入扬水中硬质粒子的耐磨性及防止硬料磨损的排水泵及水下轴承装置。
即，由于用扬水作为滑动轴承的润滑剂，所以不需要如以往的油润滑轴承那样，检查油的劣化状况，可以对滑动轴承免维护。另外，由于用将硬质粒子复合化的热塑性树脂材料形成上述滑动轴承的支承面，所以通过被复合化了的硬质粒子明显地提高了热塑性树脂材料的耐磨性，获得了长期稳定的滑动特性，并且由于浮游的硬质粒子容易滑动地流过复合化了的硬质粒子的轴承滑动面，所以能防止轴承滑动面的硬料磨损。并且，由于使用了热塑性树脂材料，所以即使因对泵主轴的单侧接触而产生局部的水膜破坏，其滑动面软化也容易引起流动，并以随着平滑化而适应泵主轴的状态并使其稳定，也可以避免产生以热冲击导致的裂纹或损伤。
根据上述本发明的理想的结构，由于使用不含纤维的热塑性树脂材料作为形成滑动轴承的轴支承面的热塑性树脂材料，所以，能防止由以流入轴承部的硬质粒子的压入导致的纤维的折断脱落而产生的磨损粉末的切削磨损。此时，当用具有硬质粒子掩埋性的热塑性树脂材料形成上述滑动轴承的轴支承面时，由于不产生纤维的折断脱落，所以硬质粒子容易掩埋在轴承滑动面中，并利用该掩埋的硬质粒子，能显著地提高不含纤维的热塑性树脂材料的耐磨性，能实现防止轴承滑动面的硬粒磨损。
根据上述本发明的理想的结构，由于设有使上述滑动轴承的扬水流入侧的开口窄小的环状部件，所以，能用环状部件阻止被包含在扬水中的大异物进入轴承滑动部，并可以提高可靠性的。
特别是，由于将上述旋转轴及上述滑动轴承水平配置，作为横轴泵部及横轴滑动轴承，将上述滑动轴承设置为使上述滑动轴承与上述旋转轴的滑动部间隙、上部宽且下部比上部窄，并且以使所述环状部件与所述旋转轴之间的开口、上部窄且下部比上部宽、但比上述滑动间隙的上部窄的方式将上述环状部件装载于上述旋转轴上，所以能以简单的结构阻止比滑动间隙大的异物进入。
根据上述本发明的理想的结构，由于用硬质合金镀膜形成上述旋转轴的、由上述滑动轴承轴支承的部分，所以，能简单地用硬质合金材料形成对应于上述滑动轴承的部分。
根据上述本发明的理想的结构，由于在上述旋转轴的、由上述滑动轴承支承的部分上，设置具有耐蚀性的硬质合金制的套管，所以，只将另外制作的硬质合金制套管安装在上述旋转轴上，就可以简单地用硬质合金材料形成对应于上述滑动轴承的部分。
根据上述本发明的理想的结构，由于能将上述硬质合金制套管从上述旋转轴一侧的端部插入，并在上述旋转轴的端部可装卸地安装着保持上述硬质合金制套管的定位部件，所以，当上述硬质合金制套管万一损伤时，可以拆下上述定位部件，更换上述硬质合金制套管，并能处于高可靠性的状态。
附图说明
图1是本发明第1实施例的横轴排水泵的纵剖面图。
图2是图1的主要部分的放大图。
图3是表示本发明第2实施例排水泵的水下轴承装置部分的剖面图。
图4是表示本发明第3实施例排水泵的水下轴承装置部分的剖面图。
图中：1-主轴(旋转轴)，2-泵壳体，3-水下轴承装置，4-叶片，5-滑动轴承，5a-硬质粒子，5b-碳化硅粒子，6-轴瓦里衬，7-轴承盒，8-板，9-支架，10-支架支撑，11-轴承外壳，12-筋肋，13-金属外壳，14a、14b-橡胶环，15-防转销，16-侧板，17-环状部件，18-定位环，19-套筒，20-螺栓，21-滚动轴承装置，22-联轴器。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的多个实施例。在第2实施例以后的实施例中，省略与第1实施例一样结构的重复说明。另外，各实施例的图中的相同符号表示同一部件或相同部件。此时说明的是用PTFE类的热塑性树脂材料作为轴承部的树脂材料的情况，但只要是热塑性树脂材料，其材质没有特定的限制。
首先，用图1～图3说明本发明的第1实施例。图1是本发明第1实施例的横轴排水泵的纵剖面图，图2是图1的主要部分的放大图。
横轴排水泵100，如图1所示，是具有泵部30、水下轴承装置3、滚动轴承装置21的结构。
泵部30，是将安装于主轴1一端部的叶片4配置在泵壳体2内而形成。泵壳体2，被形成为能从一侧的下方吸入扬水，并从另一侧的横向送出扬水。该扬水是从地下水等抽上来的水，其中混入了异物的硬质粒子。主轴1，其一侧在泵壳体2内被水下轴承装置3支承，另一侧贯穿泵壳体2并向外部延伸、在泵壳体2外由滚动轴承装置21支承。主轴1，通过联轴器22与马达(未图示)连接，并被该马达驱动。
水下轴承装置3，如图2所示，被设在排水泵100的扬水水路中，且用混入了硬质粒子的扬水作为轴承的润滑剂。另外，图2所示的滑动轴承5，表示了掩埋了混入扬水中的硬质粒子5a以后的状态，如图2所示，从滑动轴承5的表面侧掩埋硬质粒子5a。另外，图2中的箭头表示扬水的流动方向。
水下轴承装置3，具有：安装在轴承部上的、不含纤维的热塑性树脂制的滑动轴承5、压入并固定该滑动轴承5的轴瓦里衬6、安装该轴瓦里衬6的轴承盒7、固定该轴承盒7的支架9和支撑该支架9的支架支撑10。支架支撑10被固定在轴承外壳11上。轴承外壳11，通过筋肋12被固定在泵壳体2上。板8是用于防止安装在轴承盒7上的轴瓦里衬脱出而设置的部件。
主轴1的被滑动轴承5所支撑的部分，由硬质合金材料制成。由硬质合金材料形成的部分，具体的是用硬质合金镀膜形成主轴1的由滑动轴承5所支撑部分的表面。
以下，说明具有上述结构的排水泵100及水下轴承装置3的功能、动作。
排水泵100，在用混入硬质粒子的扬水充满泵壳体2内以后，启动并开始排水运转。从而，水下轴承装置3其以被淹没在水中的状态使用，并用扬水作为润滑剂。因此，水下轴承装置3，不需要如以往的油润滑轴承那样，检查油的劣化状况，可以免维护。
水下轴承装置3，在轴承部具有收纳了不含纤维热塑性树脂材料的PTFE类的树脂材料的滑动轴承5。该材料被确认为在以水润滑状态下滑动时，其摩擦系数能降低到0.004左右，即使长时间运转，摩擦系数也几乎没有变化并且稳定。
一旦扬水运转开始，则混入硬质粒子的扬水就流入滑动轴承5的滑动面与主轴1形成的滑动部间隙中。与主轴1旋转的同时，硬质粒子也被引入滑动面的圆周方向。由滑动轴承5的滑动面与主轴1形成的滑动部间隙，形成朝旋转方向的楔子形状，且在该楔子形状部分，产生与轴承负荷相平衡的流体压力。因此，流入轴承部的硬质粒子，一边滑过滑动轴承5的滑动面一边到达产生流体压力的区域，随后硬质粒子受到流体压力的作用，被掩埋入滑动轴承5的滑动面。
由于滑动轴承5的滑动面由不含纤维的热塑性树脂材料构成，所以能防止由以硬质粒子的压入所导致的纤维折断脱落而产生的磨损粉末的切削磨损。另外，由于不产生纤维的折断脱落，硬质粒子容易被埋入滑动轴承5的滑动面。由于由埋入的硬质粒子能保护滑动轴承5的滑动面，所以能显著地提高不含纤维的热塑性树脂材料的耐磨性。由于在滑动轴承5的滑动面被硬质粒子覆盖后，浮游的硬质粒子容易滑动流过掩埋了硬质粒子的轴承滑动面，所以能防止轴承滑动面的硬料磨损。其结果是，可以防止滑动轴承5因硬质粒子所产生的急剧磨损，并确保其充分的耐磨性，获得长期稳定的滑动特性。
另外，滑动轴承5，由于不是以往那样用橡胶的弹性支撑结构，而是刚性支撑结构，所以能可靠地防止轴承部的下沉。并且，由于使用了热塑性树脂制的滑动轴承5，所以即使产生了以对泵主轴1的单侧接触等的局部接触状态所导致的水膜破坏，其滑动面也会软化并容易引起流动，以逐渐平滑适应泵主轴的状态来使其稳定，也可以避免产生以热冲击引起的裂纹或损伤。
根据上述的排水泵100及水下轴承装置3的结构，即使对于长时间的排水运转，也可以防止轴承滑动面因硬质粒子的磨损损伤，能显著地提高耐磨性，所以能确保稳定的滑动特性。因此，能获得高可靠性的排水泵100及水下轴承装置3。
为了确认在滑动轴承5的滑动面上使用不含纤维的热塑性树脂材料的效果，对各种树脂材料进行将环状旋转侧试料与环状固定侧试料组合的滑动因素试验，并调查滑动面的损伤状况。作为运转条件，是在固定侧试料上形成了6条用于水润滑的放射槽，并在该槽内导入混入了硬质粒子的润滑水(硅砂混入浓度：3000ppm、硬质粒子：硅砂)，一边用混入了硬质粒子的水润滑滑动面，一边对旋转侧试料进行以平均圆周速度5m/s、平均面压(试验负荷/滑动面积)1Mpa的一定条件的2小时旋转试验。
该滑动因素试验的结果如表1所示。该表1，表示材料组合及试验后的滑动面的状况。
                                    表1