JP2003184787A

JP2003184787A - 遠心式モータポンプ

Info

Publication number: JP2003184787A
Application number: JP2001385147A
Authority: JP
Inventors: Yukio Toyama; 幸雄外山
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高速運転する場合でも、高効率および長寿命
を達成することができ、キャビテーションの発生を抑止
することができる遠心式モータポンプを提供する。【解決手段】ポンプケーシング１とモータステータケ
ース２とで構成するポンプ室内に、羽根車５と一体にモ
ータロータ６及びモータロータキャン６ａを配置した遠
心式モータポンプにおいて、羽根車５のポンプケーシン
グ側壁面及び相対するポンプケーシング壁面を円錐状又
は略円錐状に形成し、羽根車５のポンプケーシング側壁
面に動圧を発生する凹溝５ｃを設け、モータロータキャ
ン６ａのモータステータ側壁面及び相対するモータステ
ータケース壁面を平面状若しくは円錐状若しくは略円錐
状に形成し、モータロータキャン６ａのモータステータ
側壁面に動圧を発生する凹溝６ｂを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遠心式モータポンプ
に係り、特に高速運転する場合に、高効率および長寿命
を達成し、キャビテーションの発生を抑止できる遠心式
モータポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４乃至図１６は、この種の遠心式モ
ータポンプの一般的な構造を示す図であり、図１４は断
面図、図１５は図１４の断面Ａを示す図、図１６は図１
４のＢから見た吸込部の図である。図１４に示すよう
に、ポンプケーシング１及びモータステータ３をはめ込
んだモータステータケース２で構成するポンプ室内に
は、主軸４と一体に、羽根車５とモータロータ６を配置
している。ポンプ取扱液による腐食や侵食から保護する
ために、モータロータ６には、モータロータ６における
ステータケース２側の外表面を覆うモータロータキャン
６ａを固着している。

【０００３】ポンプケーシング１には、軸方向に複数個
の吸込穴１ａが形成されており、これら吸込穴１ａはポ
ンプの吸込通路を構成している。吸込口１ｓから流入し
たポンプ取扱液は、吸込穴１ａ、羽根車５、ポンプケー
シング１のボリュート１ｂを通過して、吐出し口へ至
る。そして、一連のポンプ作用によって、主軸４、羽根
車５、モータロータ６及びモータロータキャン６ａで構
成する回転体に作用する半径方向推力と軸方向推力を、
ポンプケーシング１とモータステータケース２に配設し
た軸受７ａ，７ｂ、及び主軸４に配設したスラスト板８
ａ，８ｂで支持している。

【０００４】図１４及び図１５に示す羽根車５は、吸込
口側に側板がないセミオープン型羽根車で示している
が、羽根車５として、図１７に示すように、吸込口側に
側板５ａがあるクローズド型羽根車を使用する場合もあ
る。図１４乃至図１７に示す遠心式モータポンプでは、
モータステータ３が発生する磁界によって、モータロー
タ６に回転トルクを与え、モータロータ６と一体に固着
した主軸４、羽根車５及びモータロータキャン６ａが、
モータロータ６と同じ回転速度で回転する。羽根車５の
回転によって、ポンプ取扱液に速度エネルギーを与え、
ポンプケーシング１のボリュート１ｂ内でポンプ取扱液
の速度を減速することによって、圧力エネルギーに変換
している。

【０００５】遠心ポンプにおいては、羽根車に作用する
半径方向推力は、ポンプ構成部品の諸寸法が決定し、性
能が判っている特定のポンプについては、計算によって
求めることができる。例えば、Ａ．Ｊ．Ｓｔｅｐａｎｏ
ｆｆ著「ＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌａｎｄＡｘｉａｌ
ＦｌｏｗＰＵＭＰＳ（１９４８年）」によると、ポ
ンプケーシング内の減速構造がボリュートの場合、半径
方向推力は次式で計算できる。Ｆｒ=Ｋ×Ｈ×ρ×Ｄ×Ｂ×ξ ……… 式１Ｋ＝Ｋｏ×｛１−（Ｑ／Ｑｂｅｐ）^２｝……… 式２ここに、Ｆｒ：羽根車に作用する半径方向推力Ｋ：半径方向推力係数Ｈ：ポンプの全揚程 ρ ：ポンプ取扱液の密度Ｄ：羽根車の外径Ｂ：羽根車の出口幅（通路と主板と側板の厚さなどの
総和） ξ ：ポンプケーシングのボリュートによる係数で、図
１５のような単ボリュートの場合ξ＝１Ｋｏ：締切点（Ｑ＝０）における半径方向推力係数Ｑ：ポンプの運転流量Ｑｂｅｐ：ポンプの最高効率点における流量である。

【０００６】全揚程は、ポンプの回転速度の２乗に比例
するので、式１から、半径方向推力は、ポンプの回転速
度の２乗に比例する。遠心式ポンプにおける羽根車に作
用する軸方向推力も同様に、前記の著書から、計算で求
めることができる。それによると、羽根車が、セミオー
プン型とクローズド型では、計算式が異なっている。

【０００７】図１８に示すセミオープン型の羽根車の場
合、軸方向推力は次式で計算できる。吸込側面に作用す
る軸方向推力Ｔ_ｆは、Ｔ_ｆ＝（Ａ_２−Ａ_１）×Ｈ_ｖ／２×ρ ……… 式３反吸込側面に作用する軸方向推力Ｔ_ｂは、Ｔ_ｂ＝Ａ_２×｛Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／（８×２×ｇ）｝×ρ ……… 式４正味の軸方向推力Ｔは、Ｔ＝Ｔ_ｂ−Ｔ_ｆ＝Ａ_２×{Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／(８×２×ｇ)}×ρ−(Ａ_２−Ａ_１)×Ｈ_ｖ／２×ρ ……… 式５ここに、Ｈ_ｖ：羽根車出口部における全揚程ｕ_２：羽根車出口部における周速度ｇ：重力加速度 ρ ：ポンプ取扱液の密度Ａ_１：羽根車側面の面積（図１８のＡ_１）Ａ_２：羽根車側面の面積（図１８のＡ_２）

【０００８】特定のポンプについて、式５のうち、
Ａ_１，Ａ_２，ｇ，ρは一定なので、Ａ_２×ρ＝Ｋ１、８
×２×ｇ＝Ｋ２、（Ａ_２−Ａ_１）／２×ρ＝Ｋ３とおけ
ば、式５は、Ｔ＝Ｋ１×（Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／Ｋ２）−Ｋ３×Ｈ_ｖ＝Ｋ１×Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２×Ｋ１／Ｋ２−Ｋ３×Ｈ_ｖ＝（Ｋ１−Ｋ３）×Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２×Ｋ１／Ｋ２ ……… 式６更に、式６において、Ｋ１−Ｋ３＝Ｋ４、Ｋ１／Ｋ２＝
Ｋ５とおけば、式６は、Ｔ＝Ｋ４×Ｈ_ｖ−Ｋ５×ｕ_２ ^２ ……… 式７となる。ここに、Ｋ１からＫ７は、全て一定である。

【０００９】仮に、上記の特定のポンプの回転速度が２
倍になったとすれば、Ｈ_ｖは４倍、ｕ_２は２倍になる。
この時の正味の軸方向推力Ｔ２は、式７から、Ｔ２＝Ｋ４×（４×Ｈ_ｖ）−Ｋ５×（２×ｕ_２）^２＝４×（Ｋ４×Ｈ_ｖ−Ｋ５×ｕ_２ ^２）＝４×Ｔ＝２^２×Ｔとなり、正味の軸方向推力は、回転速度の２乗に比例す
る。

【００１０】一方、図１９に示すクローズド型の羽根車
の場合、軸方向推力は、次式で計算できる。吸込側面に
作用する軸方向推力Ｔ_ｆは、Ｔ_ｆ＝（Ａ_２−Ａ_１）×｛Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／（８×２×ｇ）｝×ρ ……… 式８反吸込側面に作用する軸方向推力Ｔ_ｂは、Ｔ_ｂ＝Ａ_２×｛Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／（８×２×ｇ）｝×ρ ……… 式９正味の軸方向推力Ｔは、Ｔ＝Ｔ_ｂ−Ｔ_ｆ＝Ａ_１×｛Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／（８×２×ｇ）｝×ρ ……… 式１０ここに、Ｈ_ｖ：羽根車出口部における全揚程ｕ_２：羽根車出口部における周速度ｇ：重力加速度 ρ ：ポンプ取扱液の密度Ａ_１：羽根車側面の面積（図１９のＡ_１）Ａ_２：羽根車側面の面積（図１９のＡ_２）セミオープン型の羽根車の場合と同様に、特定のポンプ
について、式１０のうち、Ａ_１，ｇ，ρは一定なので、
Ａ_１×ρ＝Ｋ６、８×２×ｇ＝Ｋ７とおけば、式１０
は、Ｔ＝Ｋ６×（Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／Ｋ７） ……… 式１１

【００１１】仮に、上記の特定のポンプの回転速度が２
倍になったとすれば、Ｈ_ｖは４倍、ｕ_２は２倍になる。
この時の正味の軸方向推力Ｔ２は、式１１から、Ｔ２＝Ｋ６×｛（４×Ｈ_ｖ）−（２×ｕ_２）^２／Ｋ７｝＝４×｛Ｋ６×（Ｈ_ｖ−ｕ_２ ^２／Ｋ７）｝＝４×Ｔ＝２^２×Ｔであり、正味の軸方向推力は、回転速度の２乗に比例す
る。上述の計算式で示したように、羽根車に作用する半
径方向推力及び軸方向推力は、ポンプの回転速度の２乗
に比例する。

【００１２】このように、遠心式モータポンプを高速運
転する場合には、主軸４、羽根車５、モータロータ６及
びモータロータキャン６ａで構成する回転体に作用する
半径方向推力と軸方向推力は、その回転速度の２乗に比
例する。高速運転では、増加した両推力によって、軸受
７ａ，７ｂ、及びスラスト板８ａ，８ｂに作用する単位
面積当たりの軸受荷重が増加する。そのために、軸受７
ａ，７ｂの内径と外径を大きくし、また、スラスト板８
ａ，８ｂの外径も大きくして、受圧面積を大きくするこ
とによって軸受荷重の増加に対応している。

【００１３】しかし、軸受やスラスト板の内径や外径を
大きくすると、周速度（直径と回転速度の積）も大きく
なる。軸受７ａ，７ｂ及びスラスト板８ａ，８ｂの材料
によって、許容周速度には、それぞれ限界があるため
に、高速運転する場合には、モータポンプの回転速度に
も限界がある。すなわち、主軸４、羽根車５、モータロ
ータ６及びモータロータキャン６ａが、それらの材料の
許容周速度以下である場合には、モータポンプの許容最
高回転速度は、軸受７ａ，７ｂ及びスラスト板８ａ，８
ｂの許容周速度によって決まる。

【００１４】次に、軸受７ａ，７ｂ及びスラスト板８
ａ，８ｂの材料の摺動による摩擦損失ｈ_ｆは、摺動面の
動摩擦係数、軸受荷重及び周速度に比例するので、次式
で計算できる。ｈ_ｆ＝μ×Ｆ×ｖ ……… 式１２ここに、 μ：摺動面の動摩擦係数Ｆ：軸受やスラスト板の軸受荷重ｖ：軸受やスラスト板の周速度

【００１５】式１２において、動摩擦係数μは、軸受や
スラスト板の材料を特定しても、それらの摺動面間に存
在する膜の温度や面圧などの状態によって変化するの
で、特定はできない。しかし、遠心式モータポンプにお
いては、これらの摺動面間には、モータポンプの運転時
は、ポンプ取扱液が、常時循環しているために、摺動面
間に存在する膜の温度は、一定とみなしてよく、実際に
は、動摩擦係数μは一定値と判断する。また、軸受荷重
Ｆは、モータポンプの回転速度の２乗に比例し、周速度
ｖは、モータポンプの回転速度に比例する。すなわち、
軸受７ａ，７ｂ及びスラスト板８ａ，８ｂの摺動による
摩擦損失ｈ _ｆは、モータポンプの回転速度の３乗に比例
する。

【００１６】更に、ポンプケーシング１の吸込穴１ａに
おける圧力損失は、ここでの流速の２乗、即ち、流量の
２乗に比例するので、羽根車５の入口で圧力降下を起こ
し、キャビテーションが発生しやすくなる。キャビテー
ションの発生を抑止するためには、羽根車５の入口部
に、吸込穴１ａや軸受７ａなどの障害物が、存在しない
ほうが良い。

【００１７】以上述べたように、この種の遠心式モータ
ポンプでは、高速運転する場合には、以下に列挙するよ
うな問題があった。（１）軸受材料の許容周速度に限界があるために、モー
タポンプの最高許容回転速度に限界がある。（２）軸受の摺動による摩擦損失が増加するために、ポ
ンプ効率が低下し、軸受寿命が短期化する。（３）吸込部に吸込穴や軸受などを配設するために、キ
ャビテーションを発生しやすい。

【００１８】これらの問題を解決する手段として、能動
型磁気軸受を装着して、回転体を非接触の状態で運転可
能な、磁気軸受装着型モータポンプがある。このモータ
ポンプでは、高速運転でも回転体を非接触に支持できる
ので、軸受の摺動による摩擦損失は、従来のすべり軸受
の約１／１０であるので、ポンプ効率向上及び軸受の長
寿命化が可能である。しかし、軸受作用をする電磁石、
及びその電磁石の電流を調整して、回転体を非接触に保
持するためのコントローラ（制御回路）が必要であり、
それらの消費動力によって、モータポンプ全体で見た効
率が低下していた。

【００１９】他の手段として、軸受に動圧軸受を採用し
て、回転体を非接触の状態で運転可能な、動圧軸受型モ
ータポンプがある。このモータポンプでは、高速回転で
も、回転体を非接触に支持できるので、ポンプ効率の向
上及び軸受の長寿命化が可能である。しかし、モータポ
ンプの回転速度の２乗に比例して増大する半径方向推力
や軸方向推力を支持する軸受は、反吸込側に１個所で
は、機能しない。そのため、この型式では、吸込側に吸
込穴や軸受などを設ける必要があり、キャビテーション
の発生を抑止できなかった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みてなされたもので、高速運転する場合でも、高効
率および長寿命を達成することができ、キャビテーショ
ンの発生を抑止することができる遠心式モータポンプを
提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明は、ポンプケーシングとモータステータケ
ースとで構成するポンプ室内に、羽根車と一体にモータ
ロータ及びモータロータキャンを配置した遠心式モータ
ポンプにおいて、羽根車のポンプケーシング側壁面及び
相対するポンプケーシング壁面を円錐状又は略円錐状に
形成し、該羽根車のポンプケーシング側壁面に動圧を発
生する凹溝を設け、前記モータロータキャンのモータス
テータ側壁面及び相対するモータステータケース壁面を
平面状若しくは円錐状若しくは略円錐状に形成し、該モ
ータロータキャンのモータステータ側壁面に動圧を発生
する凹溝を設けたことを特徴とするものである。

【００２２】本発明によれば、回転体のポンプケーシン
グ側壁面及びモータステータケース側壁面にそれぞれ動
圧を発生して、回転体を非接触の状態で運転可能なの
で、摩擦損失を低減し、高効率および長寿命を達成で
き、吸込側には、吸込穴や軸受などを配設不要であり、
キャビテーションの発生を抑止できる。本発明の好まし
い態様では、前記ポンプケーシングの羽根車に相対した
壁面に永久磁石又は磁性材料を配設している。これによ
り、羽根車を吸込側に吸引し、羽根車を非接触で支持し
易くしている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１乃至図４は、本発明の第１実施
形態の遠心式モータポンプを示す図であり、図１は断面
図、図２は図１の断面Ｃを示す図、図３及び図４は図１
における断面Ｄを示す図である。従来例と同一または相
当部分には、同一の符号を付して、その重複した説明を
省略する。

【００２４】図１に示すように、ポンプケーシング１及
びモータステータ３をはめ込んだモータステータケース
２で構成するポンプ室内には、一体に形成された羽根車
５とモータロータ６を配置している。ポンプ取扱液によ
る腐食や侵食から保護するために、モータロータ６に
は、モータロータ６におけるステータケース２側の外表
面を覆うモータロータキャン６ａを固着している。図１
に示すモータポンプにおいては、従来例のような軸受や
スラスト板がなく、羽根車５におけるポンプケーシング
１側の壁面及び相対するポンプケーシング壁面が円錐状
又は略円錐状であり、羽根車５は、円錐状の頂点Ｐが角
度５ｄで形成されている。一方、モータロータキャン６
ａのモータステータ３側の壁面及び相対するモータステ
ータケース２の壁面は、平面状に形成されている。

【００２５】図２に示すように、羽根車５の翼５ｂの表
面には、動圧を発生するための凹溝５ｃを設けている。
また、図３及び図４に示すように、モータロータキャン
６ａ表面にも、動圧を発生するための凹溝６ｂを設けて
いる。図３はモータロータキャン表面の凹溝の１例を示
し、図４はモータロータキャン表面の凹溝の他の例を示
している。ポンプケーシング１と羽根車５間に、軸方向
の隙間δ１及びδ２を形成し、また、モータロータキャ
ン６ａとモータステータケース２間に、軸方向の隙間δ
３を形成している。

【００２６】羽根車５のポンプケーシング１側壁面及び
モータロータ６側壁面に発生する動圧の大きさは、それ
ぞれ、隙間δ１，δ２及びδ３の大きさに依存する。こ
れらの隙間δ１，δ２及びδ３が小さいほど、動圧は大
きくなる。また、図３では、凹溝６ｂは一条であるが、
図４では、凹溝６ｂは二条であり、凹溝数を多くすれ
ば、動圧を発生する面積を大きくできる。

【００２７】また、図１及び図２に示す羽根車５は、吸
込口側に側板がないセミオープン型で示しているが、図
５に示すように、吸込口側に側板５ａのあるクローズド
型を使用する場合もある。この場合には、図６に示すよ
うに、動圧を発生する凹溝５ｃは、側板５ａの外表面に
設ける。

【００２８】図１乃至図６に示すように構成された遠心
式モータポンプでは、起動前は、例えば、吸込口１ｓが
真上になる設置の場合は、羽根車５、モータロータ６及
びモータロータキャン６ａで構成する回転体は、ステー
タケース２上に載っている。そして、モータポンプを起
動し、ポンプ室内の圧力が上昇してくると、羽根車５に
おける圧力分布が、セミオープン型では図７、クローズ
ド型では図８に示す圧力分布になる。そのため、回転体
に作用する正味の軸方向推力は、羽根車５側の壁面より
も、モータロータキャン６ａ側の壁面の方が大きくな
る。そして、回転体は吸込側へ押されて、隙間δ１及び
δ２が小さくなり、隙間δ３が大きくなるために、羽根
車５側の壁面の動圧が大きくなり、その動圧の変化によ
って、回転体に作用する軸方向推力は逆転し、モータロ
ータキャン６ａ側の壁面よりも、羽根車５側の壁面の方
が大きくなる。

【００２９】一方、半径方向については、羽根車に作用
する半径方向推力Ｆｒと動圧によって発生する荷重（羽
根車に加わる）の半径方向の総和が、釣り合う必要があ
る。半径方向推力Ｆｒが、回転体に作用すると、Ｆｒの
方向と反対方向の隙間δ１若しくはδ２が小さくなるた
めに、図９に示した動圧によって発生する荷重Ｐ２の半
径方向分力である、反力Ｒ２が大きくなり、半径方向推
力Ｆｒと釣り合うまで、隙間δ１若しくはδ２は小さく
なる。規定の回転速度に達して、運転点が一定になり、
半径方向推力Ｆｒの方向と大きさが一定になり、回転体
に作用する半径方向推力Ｆｒと反力Ｒ２が、釣り合った
位置で、モータポンプを非接触で運転可能である。

【００３０】次に、吸込口１ｓが横水平で、吐出し口が
真上になる設置の場合は、起動前は、回転体は、図１に
おいて、δ２＝０、δ３＝０の状態にある。そして、モ
ータポンプを起動し、ポンプ室内の圧力が上昇してくる
と、羽根車５における圧力分布が、セミオープン型では
図７、クローズド型では図８に示す圧力分布になる。そ
のため、回転体に作用する正味の軸方向推力は、羽根車
５側の壁面よりも、モータロータキャン６ａ側の壁面の
方が、大きくなる。

【００３１】一方、半径方向については、半径方向推力
Ｆｒと回転体の質量の合力が、動圧によって発生する荷
重Ｐ２の半径方向の反力Ｒ２と、釣り合う必要がある。
この合力と釣り合うまで、隙間δ１若しくはδ２が小さ
くなるために、反力Ｒ２が大きくなる。規定の回転速度
に達して、運転点が一定になり、半径方向推力Ｆｒの方
向と大きさが一定になり、回転体に作用する半径方向推
力Ｆｒと質量Ｗと、反力Ｒ２が、釣り合った位置で、モ
ータポンプを非接触で運転可能である。

【００３２】以下に、モータポンプを非接触で運転可能
な条件を、式を用いて説明する。モータポンプの運転中
は、回転体には、次の６種類の外力が作用する。Ｗ：回転体の質量（体積相当分の浮力を除く）Ｍ：モータロータに作用する磁気吸引力Ｆ１：羽根車側壁面に作用する、動圧による荷重Ｆ２：モータステータ側壁面に作用する、動圧による荷
重Ｆｒ：半径方向推力Ｔ：正味の軸方向推力

【００３３】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すよう
に、回転体の回転の中心点をＯとして、点Ｏから、相互
に９０°離して、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸の直交座標軸を仮定
すれば、これらの外力は、点Ｏや三軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対し
て、ある一定の方向と距離を持っている。これらの外力
を、三軸に、それぞれ平行に三つの分力として分解し、
これらの分力が、一軸ごとに三軸それぞれ釣り合って、
かつ、これらの分力と点Ｏからの距離とのモーメント
が、各三軸に対して釣り合えば、回転体を非接触に支持
できる。

【００３４】ここに、三つの分力の添字を_Ｘ，_Ｙ，_Ｚと
し、また、点Ｏから三軸までの分力の距離
を_ＸＬ，_ＹＬ，_ＺＬとする。各三軸に対する分力の釣り
合い式は、Ｘ軸では、Ｗ_Ｘ＋Ｍ_Ｘ＋Ｆ１_Ｘ＋Ｆ２_Ｘ＋Ｆｒ_Ｘ＋Ｔ_Ｘ＝０ ……… 式１３Ｙ軸では、Ｗ_Ｙ＋Ｍ_Ｙ＋Ｆ１_Ｙ＋Ｆ２_Ｙ＋Ｆｒ_Ｙ＋Ｔ_Ｙ＝０ ……… 式１４Ｚ軸では、Ｗ_Ｚ＋Ｍ_Ｚ＋Ｆ１_Ｚ＋Ｆ２_Ｚ＋Ｆｒ_Ｚ＋Ｔ_Ｚ＝０ ……… 式１５

【００３５】モーメントの釣り合い式は、Ｘ軸では、Ｗ_Ｘ×Ｗ_ＸＬ＋Ｍ_Ｘ×Ｍ_ＸＬ＋Ｆ１_Ｘ×Ｆ１_ＸＬ＋Ｆ２_Ｘ×Ｆ２_ＸＬ＋Ｆｒ_Ｘ×Ｆｒ_ＸＬ＋Ｔ_Ｘ×Ｔ_ＸＬ＝０ ……… 式１６Ｙ軸では、Ｗ_Ｙ×Ｗ_ＹＬ＋Ｍ_Ｙ×Ｍ_ＹＬ＋Ｆ１_Ｙ×Ｆ１_ＹＬ＋Ｆ２_Ｙ×Ｆ２_ＹＬ＋Ｆｒ_Ｙ×Ｆｒ_ＹＬ＋Ｔ_Ｙ×Ｔ_ＹＬ＝０ ……… 式１７Ｚ軸では、Ｗ_Ｚ×Ｗ_ＺＬ＋Ｍ_Ｚ×Ｍ_ＺＬ＋Ｆ１_Ｚ×Ｆ１_ＺＬ＋Ｆ２_Ｚ×Ｆ２_ＺＬ＋Ｆｒ_Ｚ×Ｆｒ_ＺＬ＋Ｔ_Ｚ×Ｔ_ＺＬ＝０ ……… 式１８以上の式１３ないし式１８が成立するように、モータポ
ンプの諸寸法を決定すれば良い。

【００３６】モータロータの材料は、一般には磁性材料
を使用するが、モータ単独の高効率化のために、モータ
ロータキャン６ａを極薄板にしたり、永久磁石を採用す
ることがある。このような場合には、図１１に示すよう
に、凹溝６ｂの数を増やし、モータロータキャン６ａ側
に、動圧を発生する面積を大きくしたり、図１２に示す
ように、ポンプケーシング１の羽根車５面に相対した壁
面に、永久磁石若しくは磁性材料１ｃを配設し、回転体
を吸込側へ吸引すると、回転体を非接触に支持しやすく
なる。また、モータステータケース２やモータロータキ
ャン６ａを、静摩擦係数の小さい材料にすれば、モータ
ポンプの起動が容易である。この静摩擦係数の小さい材
料とは、例えば、表面を研磨したセラミックスやポリエ
ーテルエーテルケトンなどである。

【００３７】また、図１３に示すように、モータロータ
キャン６ａ側も円錐状又は略円錐状に形成すれば、半径
方向推力などの半径方向の荷重に対して、反力を大きく
できる。モータポンプの起動前には、回転体が、ポンプ
ケーシングやモータステータケースに接触しているの
で、例えば、起動時は、モータを低速で運転できるよう
な回路構成にすると、摺動による摩耗量を低減できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転体を軸方向及び半径方向に非接触の状態で運転可能
なので、摩擦損失を低減し、高効率および長寿命を達成
でき、吸込側には、吸込穴や軸受などを配設不要であ
り、キャビテーションの発生を抑止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の遠心式モータポンプを
示す断面図である。

【図２】図１における断面Ｃを示す図である。

【図３】図１における断面Ｄを示す図である。

【図４】図１における断面Ｄを示す図である。

【図５】クローズド型羽根車を示す図である。

【図６】クローズド型羽根車の側板を示す図である。

【図７】セミオープン型羽根車の圧力分布を示す図であ
る。

【図８】クローズド型羽根車の圧力分布を示す図であ
る。

【図９】動圧による荷重と分力を示す図である。

【図１０】モータポンプにおける三方向を示す図であ
る。

【図１１】凹溝数を増やしたモータロータキャンを示す
図である。

【図１２】ポンプケーシング内に永久磁石若しくは磁性
材料を入れた図である。

【図１３】本発明の第２実施形態の遠心式モータポンプ
を示す断面図である。

【図１４】従来の遠心式モータポンプを示す断面図であ
る。

【図１５】図１４における断面Ａを示す図である。

【図１６】図１４におけるＢから見た図である。

【図１７】クローズド型羽根車を示す図である。

【図１８】羽根車側面の面積を説明する図である。

【図１９】羽根車側面の面積を説明する図である。

【符号の説明】

１ポンプケーシング１ａ吸込穴１ｂボリュート１ｃ永久磁石若しくは磁性材料１ｓ吸込口２モータステータケース３モータステータ４主軸５羽根車５ａ側板５ｃ凹溝６モータロータ６ａモータロータキャン７ａ，７ｂ軸受８ａ，８ｂスラスト板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｄ 29/42 Ｆ０４Ｄ 29/42 ＡＥ 29/66 29/66 ＢＦターム(参考） 3H020 BA10 BA26 3H022 AA01 BA02 CA50 DA08 3H033 AA01 BB01 BB06 CC01 CC03 DD06 EE07 EE11 3H034 AA01 BB01 BB06 CC04 DD01 EE07 EE09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプケーシングとモータステータケー
スとで構成するポンプ室内に、羽根車と一体にモータロ
ータ及びモータロータキャンを配置した遠心式モータポ
ンプにおいて、羽根車のポンプケーシング側壁面及び相
対するポンプケーシング壁面を円錐状又は略円錐状に形
成し、該羽根車のポンプケーシング側壁面に動圧を発生
する凹溝を設け、前記モータロータキャンのモータステ
ータ側壁面及び相対するモータステータケース壁面を平
面状若しくは円錐状若しくは略円錐状に形成し、該モー
タロータキャンのモータステータ側壁面に動圧を発生す
る凹溝を設けたことを特徴とする遠心式モータポンプ。
【請求項２】前記ポンプケーシングの羽根車に相対し
た壁面に永久磁石又は磁性材料を配設したことを特徴と
する請求項１記載の遠心式モータポンプ。