JP7477446B2

JP7477446B2 - 横型回転機械のシャフトアセンブリ用の治具

Info

Publication number: JP7477446B2
Application number: JP2020218235A
Authority: JP
Inventors: 信二曽篠; 涼太中山; 拓也青木
Original assignee: Furukawa Industrial Machinery Systems Co Ltd
Current assignee: Furukawa Industrial Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2024-05-01
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: JP2022103539A

Description

本発明は、シャフトの軸線が水平支持されるポンプやファン等の横型回転機械に係り、特に、この種の回転機械のシャフトアセンブリ用の治具に関する。

シャフトの軸線が水平支持される横型回転機械を分解・組立する際に用いられる治具として、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。同文献では、非熟練者であっても、ポンプのフレームプレートの交換作業を芯出しまで確実容易にできる技術が提案されている。

特開２０１９－００７４０４号公報

しかしながら、同文献記載の治具は、フレームプレートの交換作業については改善されるものの、シャフトに軸受が組み込まれた状態のシャフトアセンブリの挿抜工程での作業性を向上させることはできない。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、横型回転機械における、シャフトに軸受が組み込まれた状態のシャフトアセンブリの挿抜工程での作業性を向上させるシャフトアセンブリ用の治具を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る横型回転機械のシャフトアセンブリ用の治具は、シャフトの軸線が水平に支持される回転機械に用いられ、前記シャフトに軸受が組み込まれた状態のシャフトアセンブリを回転機械本体のフレームに対して挿入若しくは抜き出す挿抜工程を補助するための治具であって、前記フレームのオイル室の底部に設置可能に構成され、前記オイル室内に配置されたときに前記シャフトの軸線と並行となるスライドガイド面を有する二枚の案内板と、該二枚の案内板の配置姿勢を保持するように前記オイル室に設置されるとともにオイルの循環を許容する油穴が開口された二枚の保持板と、を有することを特徴とする。

ここで、本発明の一態様に係る横型回転機械のシャフトアセンブリ用の治具において、前記案内板と前記保持板とは、前記オイル室内での相互の分解および組立が可能な分割構造を有することが好ましい。

本発明に係る横型回転機械のシャフトアセンブリ用の治具によれば、シャフトに軸受が組み込まれた状態のシャフトアセンブリの挿抜工程での作業性を向上させることができる。

本発明の一態様に係る横型回転機械の一実施形態である遠心ポンプの説明図であり、同図では、軸線に沿った断面を示している。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具の一実施形態における装着状態を説明する斜視図であり、同図は、シャフトアセンブリを取り外した状態におけるフレームをその後部上方から見た図を一部を破断して示している。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具を構成する案内板の一実施形態を示す説明図である。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具を構成する保持板の一実施形態を示す説明図である。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具の一実施形態における組み込み工程を説明する斜視図であり、同図では一部を破断して示している。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具の一実施形態における組み込み工程の説明図であり、同図（ａ）は一部を破断して示す斜視図、（ｂ）はフレームを軸線方向に沿って破断して示す側面図である。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具の一実施形態における組み込み工程の説明図であり、同図（ａ）は一部を破断して示す斜視図、（ｂ）はフレームを軸線方向に沿って破断して示す側面図である。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具の一実施形態における組み込み工程の説明図であり、同図（ａ）は一部を破断して示す斜視図、（ｂ）はフレームを軸線方向に沿って破断して示す側面図である。本発明の一態様に係るシャフトアセンブリ用の治具を用いないでシャフトアセンブリを挿抜する場合の一例を示す説明図であり、同図ではフレームを軸線方向に沿って破断して示している。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態は、横型の回転機械の一例としての遠心ポンプの例である。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

図１に示すように、本実施形態のポンプ１０は、基台２と、基台２の上部に載置固定されたフレーム（軸受箱）３と、基台２の前側面に固定されたケーシング２０と、を備える。フレーム３は、シャフト１の軸線が水平に配置され、シャフト１を前後の軸受ユニット９Ａ、９Ｂを介して回転自在に支持している。フレーム３には、前後の軸受ユニット９Ａ、９Ｂの間にオイル室４が設けられている。

シャフト１の先端１ｓは、ケーシング２０の背面中央からケーシング２０内部に張り出しており、シャフト１の先端１ｓにインペラ（羽根車）２１が片持ち支持され、ケーシング２０内の画成空間に収容されている。
インペラ２１の軸方向の背面側には、ケーシング２０とフレーム３との間に、軸封装置７がシャフト１を囲繞するように配される。シャフト１の基端側は、フレーム３の後端から後方に突設され、この突設部が不図示のモータの出力軸に駆動力を伝達可能に連結される。

本実施形態のケーシング２０は、インペラ２１の軸方向の前面側に吸込部５が設けられ、インペラ２１の径方向の上方に吐出部６が設けられている。吐出部６は、ケーシング２０の上部中央の位置に設けられ、これにより、インペラ２１の回転により吸込部５から流体を吸い込んでその流体を吐出部６から吐出するようになっている。

ここで、本実施形態のポンプ１０を整備する場合に、シャフト１に軸受ユニット９Ａ、９Ｂを組み込んだ状態のシャフトアセンブリ８（その質量が例えば、十数キロから数十キロ以上）は、ポンプ１０のフレーム３に対して、オイル室４の軸方向後方の開口部分から挿抜される。この挿抜工程において、作業者は、フレーム３の後方からシャフト１の後端部を手で支えた片持ち状態で挿抜することになる。

しかし、シャフトアセンブリ８の重心は、挿抜の過程において、作業者の手元から遠いフレーム３内に位置する。そのため、一人の作業者では、シャフト１の軸線を水平に支持することが極めて困難であり、シャフトアセンブリ８は、図９に示すように、フレーム３中央部のオイル室４に落下してしまう。
そのため、従来は、二人の作業者によって挿入する際は、他の一名がシャフト１の先端部を軸封装置７側から手を出して引き上げて軸線を水平に支持する必要があった。また逆に、シャフトアセンブリ８をフレーム３から軸方向後方に引き抜く工程においても同様である。このように、従来は、シャフトアセンブリ８の挿抜作業を一名の作業者で作業を行いたいところ、二名での作業となっていた。

これに対し、図２に示すように、本実施形態の治具３０は、シャフト１に軸受ユニット９Ａ、９Ｂが組み込まれた状態のシャフトアセンブリ８を、回転機械本体のフレーム３に対して挿入若しくは抜き出す挿抜工程を容易にするための治具であって、フレーム３のオイル室４の底部に設置可能に構成される。特に、本実施形態の治具３０においては、フレーム３のオイル室４内で分解・組立可能な分割構造を有する。

詳しくは、本実施形態の治具３０は、図２に示すように、シャフト１と並行にオイル室４内に配置される二枚の案内板４０と、二枚の案内板４０の配置姿勢を保持するようにオイル室４の底部に設置されるとともにオイルの循環を許容する油穴が開口された二枚の保持板５０と、を有する。
各案内板４０は、図３に示すように、短冊状をなす耐熱性のある樹脂製の板部材から形成されている。板部材の上面がスライドガイド面４１とされており、オイル室４への組み込み時には、板部材の長手方向の両端面４８を前後として組み込まれる。組み込み状態において、左右二条のスライドガイド面４１は、軸受ユニット９Ａの外周面の外径に応じた高さを保持するように設定した高さの面になっている。

各案内板４０の下面４７には、板部材の長手方向に離隔して二つのスリット４２が形成されている。各スリット４２の溝幅は、保持板５０を挿入可能な幅とされている。各案内板４０の下面４７両側の２隅には隅切面４６がそれぞれ形成されている。
主面４９の中央には、円形の油穴４４が形成されるとともに、主面４９の左右には、油穴４４よりも小さな円形とされた二つの油穴４３が形成されている。また、主面４９の下部には、二つのスリット４２の間の位置に、凹の半円形の油穴４５が二つ形成されている。

また、各保持板５０は、図４に示すように、短冊状をなす耐熱性のある樹脂製の板部材から形成されている。板部材の上面５１には、大きな凹の円弧状をなす逃げ面５４が形成されており、オイル室４への組み込み時には、板部材の長手方向の両端面５８を左右として組み込まれる。

各保持板５０の逃げ面５４には、板部材の長手方向に離隔して二つのスリット５２が形成されている。逃げ面５４により、挿抜時の軸受ユニット９Ａとの干渉が防止されている。各スリット５２の溝幅は、案内板４０を挿入可能な幅とされている。
各保持板５０の下面５７両側の２隅には隅切面５６がそれぞれ形成されている。主面５９には、板部材の長手方向に離隔して、円形の４つの油穴５３が形成されている。また、主面５９の下部中央には、凹の半円形の油穴５５が一つ形成されている。

次に、本実施形態の治具３０の組立手順およびシャフトアセンブリ８の挿入手順について説明する。
図５に示すように、オイル室４内の底部に対して、まず、フレーム３の後部開口から、各案内板４０の配置姿勢を保持する二枚の保持板５０を横向き姿勢にて軸方向の前後に離隔配置し、次いで、二枚の案内板４０を軸方向に沿った縦向き姿勢にて左右に離隔配置する。

次いで、オイル室４内にて、二枚の保持板５０のスリット５２に対してその上方から二枚の案内板４０のスリット４２を、相互のスリット４２，５２が溝の奥まで嵌め込まれる位置まで差し込んで、井桁形の枠状に組み立てる。
このとき、各案内板４０および保持板５０は、枠状に組み立てる前の状態は、短冊状の板部材なので、狭小なオイル室４にあっても、容易にオイル室４内に配置できる。オイル室４内での治具３０の姿勢の保持は、オイル室４の底部凹部形状にはまり込む整合形状とされているので維持される。

井桁形の枠状に治具３０を組み立て後に、図２に示したように、オイル室４内の底部での所期の位置の上方から枠状の治具３０を手で仮配置する。この仮配置状態では、オイル室４内の底面との間に僅かに隙間があったり、また、治具３０の配置姿勢に僅かに傾きがあったりしてもよい。これにより、フレーム３のオイル室４内に作業用のスライドガイド面４１を設けることができる。

次いで、図６～図７に示すように、シャフトアセンブリ８を片持ち状態でフレーム３後方から軸方向に沿って挿入する。この際、二枚の案内板４０上面の二条のスライドガイド面４１に軸受ユニット９Ａの外周面を仮置きして、シャフトアセンブリ８の軸受ユニット９Ａの外周面を載せてスライドガイド面４１に沿って軸方向前方に向けて滑らせる。
ここで、スライドガイド面４１による軸受ユニット９Ａの支持範囲は、フレーム３に形成された軸受ユニット９Ａの嵌合部に対して、軸受ユニット９Ａの少なくとも前端部から前方側の途中部分が支持される位置まで延在されている。

これにより、図８に示すように、オイル室４内でシャフトアセンブリ８を落下させることなく、シャフトアセンブリ８を軸方向に沿って所期の位置に移動させることができる。そして、シャフトアセンブリ８の荷重によって枠状の治具３０下面がオイル室４内の底面に確実に当接し、治具３０も所期の位置に配置される。

このように、本実施形態の治具３０によれば、フレーム３のオイル室４内に、案内板４０上面の二条のスライドガイド面４１を軸方向に沿って並行に配置したので、図６～７に示したように、案内板４０上を、軸受ユニット９Ａ、９Ｂの外周面部分をスライドガイド面４１に沿って滑らせることによって、作業者が一名であっても、シャフトアセンブリ８の挿抜作業が可能である。よって、シャフトアセンブリ８の挿抜工程での作業性を向上させることができる。

ここで、例えばスライドガイド面の構成としては、単純な円筒状のパイプ材を用いてこれを適当な長さに切断したものをオイル室４内に置いてもスライド案内機能を奏するものの、組み込み後にオイル室４内にパイプ材が置いたままになると、オイルの循環機能を阻害するという問題がある。また、フレーム３のオイル室４という、限られた狭い空間内にて所望の治具機能を奏する必要がある。

これに対し、本実施形態の治具３０では、図２に示したように、二枚の案内板４０と、二枚の保持板５０と、を有する簡単な構成とし、これら４枚の短冊状の板部材を、互いに組み合わせるスリット係合構造として、スリット交互を差し込んで井桁形の枠状に組み合わせているので、これにより、狭小空間であるオイル室４内での分解・組み立てが可能である。
さらに、二枚の保持板５０には、図２から図４に示したように、オイルの循環を許容する複数の油穴５３、５５が形成されているので、組み込み後にオイル室４内に治具３０を置いたままとしても、オイルの滞留を防止し、必要な循環性能が維持される。

なお、例えば、フレーム３の基本構造としては、軸受箱としてのオイル室４の部分をシャフトアセンブリ８とともに着脱可能な構成を採用すれば、この部分でのシャフトアセンブリ８のメンテナンス性は向上するものの、ケーシング２０との同芯度については低下することになる。
そのため、人が手で挿抜作業可能な小型から中型程度のサイズのポンプにおいては、ポンプ性能として必要な同芯度を保持するフレーム構造にするとともに、シャフトアセンブリ８の挿抜工程での作業性を向上させる上で、本実施形態の遠心ポンプ１０およびこれに対応する本実施形態の治具３０の構成が優れているといえる。

以上説明したように、本実施形態の治具３０によれば、シャフト１に軸受ユニット９Ａ、９Ｂが組み込まれた状態のシャフトアセンブリ８の挿抜工程での作業性を向上させることができる。
なお、本発明に係るシャフトアセンブリ用の治具は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、横型の回転機械として、遠心ポンプ１０を例に説明したが、これに限定されず、本発明は、軸線が水平支持される回転機械であれば、種々のポンプやファン等の回転機械において、シャフトに軸受が組み込まれた状態のシャフトアセンブリを回転機械本体のフレームに対して挿入若しくは抜き出す工程に適用できる。

１シャフト
２基台
３フレーム（軸受箱）
４オイル室
５吸込部
６吐出部
７軸封装置
８シャフトアセンブリ
９Ａ、９Ｂ軸受ユニット
１０ポンプ（横型回転機械）
２０ケーシング
２１インペラ
３０治具
４０案内板
５０保持板

Claims

シャフトの軸線が水平に支持される回転機械に用いられ、前記シャフトに軸受が組み込まれた状態のシャフトアセンブリを回転機械本体のフレームに対して挿入若しくは抜き出す挿抜工程を補助するための治具であって、
前記フレームのオイル室の底部に設置可能に構成され、
前記オイル室内に配置されたときに前記シャフトの軸線と並行となるスライドガイド面を有する二枚の案内板と、該二枚の案内板の配置姿勢を保持するように前記オイル室に設置されるとともにオイルの循環を許容する油穴が開口された二枚の保持板と、を有することを特徴とする横型回転機械のシャフトアセンブリ用の治具。
前記案内板と前記保持板とは、前記オイル室内での相互の分解および組立が可能な分割構造を有する請求項１に記載の横型回転機械のシャフトアセンブリ用の治具。