JP2007170324A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液循環羽根のスラスト荷重を抑制し、メカニカルシールやモータ軸の微振動を低減してシール不良を防ぎ耐久性向上に繋げることが可能になるポンプ装置を提供する。
【解決手段】本発明のポンプ装置は、モータ１とポンプケーシング４の間に介設されたメカニカルシール８を収納するシール室３と、シール室内３に封入された冷却液７と、シール室３内のポンプ主軸６に取付けられ冷却液７を循環させるための冷却液循環羽根１０とを備え、冷却液７がシール室３とポンプケーシング４の間の隔壁である放熱隔壁３１ｃを介してポンピング対象流体Ｗと熱交換することで冷却され、冷却液循環羽根１０はモータ側に形成されたモータ側冷却液吸入空間６１とポンプケーシング側に形成されたポンプケーシング側冷却液吸入空間６２との上下双方から冷却液７を吸込み、ポンプ主軸６の径方向に吐出するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプ主軸を駆動するモータを冷却するための冷却液を循環させる冷却液循環羽根を有するポンプ装置に関する。

従来のポンプ装置、例えば特許文献１において開示されたポンプ装置では、図９（特許文献１の図１に相当）に示すように、ポンプ主軸７１を駆動するモータ７２の過熱を防ぐために、冷却液循環羽根７３によって冷却液を循環させ、モータ７２を密封したモータフレーム７４の外周に設けられた冷却筒部７５に冷却水を通し、モータ７２を冷却している。冷却筒部７５を通った冷却水は、ポンプ主軸７１の下端に装備された羽根車７６を囲繞するポンプケーシング７７とモータ７２との間に介設されたシール室７８内へと流れ、シール室７８内に収容された冷却液循環羽根７３によって冷却筒部７５へと送出される。

実開昭５９−４３６９５号公報

この従来のポンプ装置の冷却液循環羽根７３は、その下方に形成されている冷却液吸吸入空間７９に存在する冷却液を冷却液吸込み口６５から吸込み、径方向に吐出して冷却液吐出空間６８へと送り出す片吸込み型の遠心羽根であるためにポンプ主軸７１にはスラスト荷重が生じており、そのことに起因してポンプ主軸７１に微振動が発生し易いものとなっていた。この微振動がメカニカルシール１００に伝わると、シール部分のシール性に悪影響を及ぼす問題が考えられる。

本発明は、上記問題を解決して、冷却液循環羽根の回転によってポンプ主軸に作用するスラスト荷重を抑制して、メカニカルシールのシール性に悪影響を与えるポンプ主軸やメカニカルシールの微振動を低減して耐久性向上に繋げることが可能となるポンプ装置の提供を目的とする。

請求項１に係るポンプ装置は、モータを密封したモータフレームと、このモータフレームの外周を取り囲んで設けた冷却筒部と、前記モータによって駆動されるポンプ主軸と、前記ポンプ主軸に取付けられポンプケーシング内で回転する羽根車と、前記モータと前記ポンプケーシングの間に介設されたメカニカルシールを収納するシール室と、前記シール室内に封入された冷却液と、前記シール室内の前記ポンプ主軸に取付けられ冷却液を循環させるための冷却液循環羽根とを備えたポンプ装置であって、前記冷却液をポンピング対象流体と熱交換することで冷却する熱交換手段を備え、前記冷却液循環羽根はモータ側とポンプケーシング側の両側に形成された冷却液吸入空間から冷却液を吸込み、前記ポンプ主軸の径方向に吐出することを特徴とする。

この請求項１に係るポンプ装置では、冷却液用の循環羽根として、冷却液循環羽根のモータ側とポンプケーシング側との両方から冷却液を吸込んで径方向吐出す両吸込み型の遠心羽根を用いているので、冷却液の吸込みによってポンプ主軸に加わるスラスト荷重を抑制し、メカニカルシールのシール性に悪影響を与えるポンプ主軸やメカニカルシールの微振動を低減して耐久性を向上させることができるようになる。

請求項２に係るポンプ装置では、前記冷却液循環羽根を、メカニカルシールの回転部材の外周部に設けたことを特徴とする。

本発明によると、冷却液循環羽根設置に伴い、ポンプの軸方向寸法を増大させることなく配置することができ、ポンプ装置をコンパクト化することができる。また、片吸込み型の冷却液循環羽根をメカニカルシールの回転部材の外周部に設けた場合は、そのスラスト荷重が直接回転軸に伝達され、そのことに起因する微振動がシール性に悪影響を及ぼすおそれがあるが、冷却循環羽根が両吸込み型であるため、スラスト荷重が低減され、シール性への影響を小さくすることができる。

請求項３に係るポンプ装置は、請求項１または請求項２において、前記冷却液循環羽根は、複数の吸込孔を有する２つの面板と、前記面板の外周端どうしを連結し複数の吐出孔を有する筒状の側周壁と、一方の面板の吸込孔と他方の面板の吸込孔とを連通する面板間流路と、面板間流路から分岐し、前記吐出孔とを連通する吐出流路とを有していることを特徴とする。

この請求項３に係るポンプ装置では、冷却液循環羽根を圧延鋼板等の板部材を用いて作成することができるため、例えば、冷却液循環羽根を鋳造等により一体的に作成する場合に比べて、形状変更（設計変更）に対応し易いほか、生産数量が少ない場合には型を製作する必要がないため廉価に構成できるといった点で有利となる効果を奏する。

請求項４に係るポンプ装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のポンプ装置において、前記ポンプ主軸は立軸線を有し、前記シール室に、前記冷却筒部を通過した後の温度上昇した冷却液が流れる高温流路部と、熱交換後の冷却液が流れる低温流路部とを区画する区画壁が設けられ、前記シール室の最上部に前記高温流路部と低温流路部とを連通する通気孔が形成されていることを特徴とする。

本発明によるポンプ装置は、ポンプ主軸が上下方向に向く立向きの状態（図１参照）で使用されることとなるから、冷却液吸入空間は冷却液循環羽根の上下それぞれに形成されることになるが、この構成に起因して不都合の生じることが考えられる。即ち、冷却液循環羽根の上側におけるポンプ主軸には、モータフレームへの冷却液浸入を防止するためのメカニカルシールが装備されるのが通常であり、勿論、冷却液循環羽根の下側におけるポンプ主軸にもポンプケーシングに対するメカニカルシールが装備されている〔これが冷却ケーシングを「シール室（又はメカニカルシール室）」と呼ぶ所以でもある〕。従って、冷却液に混入している空気が上側の冷却液吸入空間に溜まると、上側の冷却液吸入空間における液面が下がり、メカニカルシールにおける固定環と回転環との摺動面（シール面）が溜まった空気中に露出され、冷却液による摺動面の潤滑や冷却が不良又は不能となり、摺動面に焼付きを起こしてシール不能となる状態を引き起こすおそれがある。

そこで、本請求項４に係るポンプ装置では、ポンプ装置は立軸線を有し、シール室の最上部（詳しくは、上側の冷却液吸入空間の最上部）に、高温流路部における前記最上部よりも上側に位置する部分に連通する通気孔が形成されているから、シール室（上側の冷却液吸入空間）に空気が集まってくるような状況が生じたとしても、その空気は、浮力によってシール室（上側の冷却液吸入空間）の最上部に形成されている通気孔を通って高温流路部に移動するようになり、シール室（上側の冷却液吸入空間）に溜まることが回避されるようになる。従って、通気孔を加えるだけの簡単な改造でありながら、シール室（上側の冷却液吸入空間）に空気が溜まることによる前述した不都合、即ちメカニカルシールのシール機能が不能になるおそれが解消され、メカニカルシールが所期通りに機能する良好なポンプ装置を経済的に実現することができる。

請求項５に係るポンプ装置は、請求項４のポンプ装置において、前記ポンプ主軸は立軸線を有し、前記シール室に、前記冷却筒部を通過した後の温度上昇した冷却液が流れる高温流路部と、熱交換後の冷却液が流れる低温流路部とを区画する区画壁が設けられ、前記シール室の最上部に前記高温流路部と低温流路部とを連通する通気孔が形成されていることを特徴とする。

この請求項５に係るポンプ装置にように、横方向の吐出管を備えた立軸型のものに構成される場合においては、詳しくは実施形態の項において述べるが、例えば、マンホールの底部に定置された揚水用の移送管（図３の移送管４３を参照）に強制吐出すべく、移送管の入口側開口部に吐出管を対向配備させた状態でポンプ装置を係止させて駆動させるような使い方が多用される。このような場合、吐出管を移送管に当接させての使用時には正規の水平姿勢となるような設定が為されてはいるが、マンホールの配置場所や移送管の寸法誤差等の種々の要因により、吐出管の軸線方向に傾く傾斜姿勢で稼動される場合がある。その傾斜は、吐出管が下位となる場合、並びに吐出管が高位となる場合の双方が考えられる。

しかして、本発明請求項５のように、シール室に形成される通気孔を、少なくともシール室の天井面に２箇所設け、その設置場所が吐出管の軸線方向のポンプ主軸を挟んだ両側にすれば、吐出管が下位及び高位となる何れの傾斜状態においても、いずれかの通気孔から空気を高温流路部に移動させることができ、シール室（上側の冷却液吸入空間）に空気が溜まることが回避されるようになる。その結果、横に向く吐出管を有する立軸型のポンプ装置においても、請求項４の発明による前記効果（メカニカルシールが焼付き無く、所期通り良好に機能すること）を得ることができる利点がある。

請求項６に係るポンプ装置は、請求項４または請求項５に記載のポンプ装置において、少なくとも１つの前記メカニカルシールの固定環は前記シール室の天井面に押え部材を用いて取付けられ、前記メカニカルシールの固定環と回転環との摺動面は前記シール室の天井面よりも低位置に配置され、前記押え部材はその内側端から外側端に亘って連通する空気逃がし用の溝または切り欠きが形成されていることを特徴とする。

前述したように、冷却液循環羽根の上側のポンプ主軸にはモータフレームに対するメカニカルシールが装備されており、通常、モータ側となる上側に固定環が、かつ、冷却液循環羽根側となる下側に回転環が夫々配置されるとともに、固定環を冷却ケーシングに抜け止め支持するリング状の押え部材が設けられる。押え部材の内径は、固定環と回転環との摺動面及びその近傍部位との干渉を避けるべく、内径側に間隙（固定環との径方向の間隙）を取った寸法が設定されるのであるが、その構成に起因して不都合の生じるおそれがある。それは、前記間隙、即ち、押え部材と固定環との径方向間の僅かな環状空間部に、冷却液中の空気が溜まった場合、押え部材の厚みや摺動面との高さ位置関係によっては、シール面に冷却液が及ばなくなって前述した不都合（摺動面の焼き付き）に発展するおそれがある、というものである。

そこで、請求項６に係るポンプ装置では、押え部材に、その内側端から外側端に亘って連通する空気逃がし用の溝や切欠きが形成されているから、押え部材の内径側に形成される前記環状空間部（図４の空間８７を参照）に到達してくる空気を、溝や切欠きを通して押え部材の外径側の空間部に移動させることができ、環状空間部に空気が溜まることを防止できるようになる。因みに、押え部材の外径側へ移動した空気は、シール室の最上部に形成されている通気孔を通して高温流路部に移動して行くようになる。従って、押え部材に溝や切欠きを形成する程度の簡単な工夫により、固定環を係止させる押え部材を設けることに起因したシール不良が経済的に解消されるポンプ装置を提供することができる。

本発明に係るポンプ装置では、ポンピング対象流体と熱交換を行った冷却水を、冷却液循環羽根のポンプケーシング側に形成された冷却液吸入空間と、冷却液循環羽根のモータ側に形成された冷却液吸入空間の両方からも吸入することにより、冷却液循環羽根に起因するスラスト荷重を抑制し、メカニカルシールのシール性に悪影響を与えるポンプ主軸やメカニカルシールの微振動を低減して耐久性を向上させることが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明にする。
図１は本発明の実施形態であるポンプ装置の一例を示す縦断面図であり、図２は本実施形態であるポンプ装置のシール室およびその周辺の拡大断面図であり、図３は本実施形態であるポンプ装置をマンホール内に配置した状況を示す図であり、図３（ａ）はマンホール内に配置されたポンプ装置の平面図であり、図３（ｂ）はマンホール内に配置されたポンプ装置の正面図であり、図４は、本実施形態であるポンプ装置のメカニカルシールを説明する拡大断面図であり、図５は、本実施形態であるポンプ装置のシール室において用いられる押え部材の一例を示す図であり、図６は、本実施形態であるポンプ装置の冷却液循環羽根の一例を示す図であり、図７は、図６に図示された冷却液循環羽根の平面図であり、図８は、本発明に係るポンプ装置の冷却液循環羽根の別の実施例を示す図である。

本実施形態のポンプ装置は、図１，図２に示すように、モータ１を密封したモータフレーム２と、このモータフレーム２の外周を取り囲んで設けた冷却筒部１４と、モータ１によって駆動される上下向きの立軸線Ｐを有するポンプ主軸６と、ポンプ主軸６の下端部に取付けられポンプケーシング４内で回転する羽根車５と、モータ１とポンプケーシング４との間に介設されたメカニカルシール８を収納するシール室（メカニカルシール室）３と、シール室内３に封入され、潤滑油または清水、蒸留水、あるいは有機酸からなる生物解性の不凍液などの冷却液７と、シール室３内のポンプ主軸６に取付けられ冷却液７を循環させるための冷却液循環羽根１０とを備え、上記冷却液７がシール室３とポンプケーシング４の間の隔壁である放熱隔壁（熱交換手段の一例）３１ｃを介してポンピング対象流体Ｗと熱交換することで冷却され、冷却液循環羽根１０はモータ側に形成されたモータ側冷却液吸入空間６１とポンプケーシング側に形成されたポンプケーシング側冷却液吸入空間６２から冷却液７を吸込み、ポンプ主軸６の径方向に吐出する。なおポンピング対象流体は設けた吐出管４１から吐出するように構成されている。

シール室３の外周部は、図２に示すように、上体部３０と下体部３１とからなり、上体部３０には下向きに開口した環状の上部室３０ａが形成されている。シール室３は、上部室３０ａより冷却液循環羽１０のモータ側において上部室３０ａと区画壁３２によって区画されたモータ側冷却液吸入空間６１と冷却液循環羽根１０のポンプケーシング側に形成されたポンプケーシング側吸入空間６２からなり、モータ側冷却液吸入空間６１の天井壁３ｂはシール室３の最上部になるように形成されている。このシール室３の最上部における吐出管４１の軸線方向のポンプ主軸６の立軸線Ｐを挟んで両側の２箇所に、低温流路部であるモータ側冷却液吸入空間６１から高温流路部である上部室３０ａへと連通する上下向きの通気孔９４が形成されている（高温流路部および低温流路部については後述する）。通気孔９４の径寸法は、空気がその浮力によって移動できるに足りる値であれば良い。この通気孔の径が大きすぎると、上部室３０ａを流れる熱交換前の温度の高い冷却液が熱交換後の温度の低い冷却液に混入することで冷却特性が悪化するため、通気孔の径は空気の排気性と冷却特性を考慮して選定する。なお図２のようにモータ側冷却吸入空間６１の天井壁３ｂの外径側端となる位置に設けることが望ましい。また通気孔の断面は円形に限定されるものではない。

環状の上部室３０ａの下端開口部は環状の仕切部材９によって塞がれ、この環状の仕切部材９によって、環状の上部室３０ａと下体部３１に設けた上向きに開口する下部室３１ａとが上下方向で区画されている。また、環状の仕切部材９の内周面には環状溝９０が形成されているとともに、環状の上部室３０ａと下部室３１ａとを連通させる第１連通路９１が軸方向に貫通して設けられており、該第１連通路９１の内周側には、モータ側冷却液吸入空間６１と連通するように第２連通路９２を軸方向に貫通して設けてある。また、環状の仕切部材９を半径方向に貫通して環状溝９０に連通する冷却液吐出通路９３が形成されている。

シール室３の外周部の下体部３１は、中心孔３１Ａを設けて階段状に軸方向下向きにのび、かつ、半径方向に拡径されるボス部３１Ｂと、このボス部３１Ｂの下端部に連設されて半径方向外側に向けて羽根車５の外周部までのびる放熱隔壁３１Ｃと、この放熱隔壁３１Ｃの外周縁部から立ち上がる周壁部３１Ｄおよび該周壁部３１Ｄの上端部から半径方向外側に張り出すフランジ部３１Ｅとを有し、このフランジ部３１Ｅと上体部３０の下端部に設けた半径方向外側に張り出すフランジ部３０Ａとが結合されているとともに、下体部３１におけるフランジ部３１Ｅの下側にポンプケーシング４の上端周縁部が結合されている。また、放熱隔壁３１Ｃの上面には、円環突条からなる伝熱促進部３１Ｆが形成されている。

メカニカルシール８は、図２，図４，図６に示すように、ダブル型と称されるもので、シール室３の天井面３ａに上向きに凹入形成された装着用円形凹み部３ｃに内嵌される円環状の支持リング８５、シール室３内のポンプ主軸６に遊外嵌され、かつ支持リング８５に上下スライド可能に内嵌される上側固定環８０、シール室３内においてポンプ主軸６と遊外嵌され、環状の受座３３上側に固定された下側固定環８１、シール室３内のポンプ主軸６に一体回転状態に外嵌され、かつ上側固定環８０の下面に摺接してシール部を形成するようにコイルスプリング８４によって上向きに押圧付勢される上側回転環８２、ポンプ主軸６と同時に回転して下側固定環８１の上側に配置された下側回転環８３などを備える。

上記環状の受座３３はシール室３における下体部３１のボス部３１Ｂに設けた中心孔３１Ａに取付けられている。また、上記支持リング８５は、シール室３の天井面３ａにおける装着用円形凹み部３ｃの周縁部下面３ｄに止着されるリング状の押え部材８６によって支持されている。また、シール室３の天井面３ａにおける装着用円形凹み部３ｃの周縁部下面３ｄの高さ位置は、周縁部下面３ｄの外径側に隣合せて形成されるモータ側冷却液吸入空間６１の天井壁３ｂの高さ位置よりも低く設定されている。

押え部材８６は、図４，図５に示されるように、径方向に幅を有した円弧状を呈する互いに等しい三つの押え板８６ｂから構成されており、周縁部下面３ｄには、各押え板８６ｂが互いに等しい間隔を持つように周方向に当分配置されている。なお、各押え板８６ｂには、これを周縁部下面３ｄにボルト止めするためのボルト孔８６ｃが二箇所ずつ形成されている。その結果、周方向で隣合う押え板８６ｂ，８６ｂどうしの間には、計三箇所の空間部８６ａが形成されることとなり、これら三箇所の空間部が空気逃し用の切欠き８６ａとして機能し、空気がモータ側冷却液吸入空間６１及び通気孔９４を通して移動することにより、空気が溜まることによる摺動面の焼き付きを未然に防止することが可能となっている。この効果は、次の説明によって明らかになる。

例えば、押え部材８６が単一で環状の押え板（図示省略）で成る部品（従来技術）である場合には、固定環８０下端の外径が細くなっている環状シール部８０ａとの間に環状の空間部（図４の空間部８７を参照）が形成されるので、その空間部に冷却液７中の空気が溜まると、回転環８２との摺動面に冷却液７が十分に供給されず、シール不良を引き起こすおそれがある。そこで、本発明のポンプ装置では、その単一の部品である環状の押え板（図示省略）に周方向で均等角度毎に計三箇所の内外貫通切欠き（図５の切欠き８６ａ参照）を設けて空気の通路を設けることにより、前述の不都合を解消させる考えである。

このような技術的な経緯から、実際には三つの押え板８６ａから成る押え部材８６における空間部８６ａを、本明細書においては「切欠き」と表現している。但し、図示は省略するが、単一で環状の押え部材の下面に、上方に凹入する内外貫通溝又は凹みを一つ又は複数設けることにより、空間部８７の空気をモータ側冷却液吸入空間６１に逃すことを可能とする構成を採っても良い。また、空間部の箇所数やボルト孔の数は前記実施例に限定されるものではない。

冷却液循環羽根１０は、図４，図６，図７に示されるように、複数の吸込孔２１を有し、環状の互いに等しい２つの面板１０ａ，１０ｂと、これら２つの面板１０ａ，１０ｂの外周端どうしを液密状に連結し複数の吐出孔２２を有する筒状の側周壁１０ｃと、吸込孔２１と吐出孔２２とを互いに連通する断面横倒しＴ字状の冷却液流路１０ｄとを有している。この冷却液循環羽根１０は、冷却液流路１０ｄを介して吐出孔２２から吐出された冷却液７が環状の仕切部材９内周面の環状溝９０に流れ込むように配置されている。なお冷却液流路は横倒しＴ字状に限定されるものではなく、横倒しＹ字状であってもよく、一方の面板の吸込孔と他方の面板の吸込孔とを連通する面板間流路と、面板間流路から分岐し、前記吐出孔とを連通する吐出流路を有しておれば良い。またスラスト荷重を抑制するために上下対称であることが望ましい。

上下の各面板１０ａ，１０ｂの内周縁部には、環状の円板２３，２４が取付けられている。上下２つの円板２３，２４には、それぞれ複数の挿通孔２５が上下に対向するように設けられ、これら複数の挿通孔２５には、上側回転環８２と下側回転環８３を互いに上下に離反する方向に押圧付勢するコイルスプリング８４が挿通されている。上下２つの円板２３，２４の内周面にはスプリングリテーナ２６が連結され、このスプリングリテーナ２６はポンプ主軸６に一体回転するように嵌合装備されている。尚、側周壁１０ｃは、環状溝９０に対するシール性を向上すべく、上下の面板１０a，１０ｂよりも上下に突出した広幅のものに形成されている。なお、冷却液循環羽根はスプリングリテーナに接合することに限定されるものではなく、メカニカルシールの他の回転する部材、例えば下部リテーナ８８に接合してもよい。また主軸６に直接取り付けるものであってもよい。

一方、図２に示すように、シール室３の外周部の下部体３１における下部室３１ａには区画部材１１が設けられている。この区画部材１１は、所定の間隔を隔てて下部室３１ａの階段状のボス部３１Ｂを取り囲む階段状の筒部１１ａと、この階段状の筒部１１ａの下端部に連設されて半径方向外側に張り出すとともに、小さい間隔を隔てて放熱隔壁３１Ｃの上側で対向するフランジ部１１ｂとを備え、その上端部は環状の仕切部材９の下面に取付けられている。これにより、フランジ部１１ｂの下面と放熱隔壁３１Ｃ（熱交換手段の一例）の上面（表面）との間に放熱隔壁３１Ｃに沿った通路断面積の小さい冷却液流路１２が形成され、この冷却液流路１２は、階段状のボス部３１Ｂの表面と階段状の筒部１１ａの内面とで囲まれる階段状の冷却液流路１５を介して、冷却液循環羽根１０のポンプケーシング側冷却液吸入空間６２および環状の仕切部材９の第２連通路９２に連通している。なお、熱交換手段としてはシール室とポンプケーシングの間の隔壁（放射隔壁３１Ｃ）に限定されるものではなく、ポンピング対象流体と熱交換する構成であれば吐出管部分の周囲を二重管にするなどして形成した熱交換手段であってもよい。

シール室３およびその外周部は、冷却筒部１４を通過した後の温度上昇した冷却液７が流れる上部室３０ａと第１連通路９１から冷却通路１２に至るまでの下部室３１ａとから構成される高温流路部と、熱交換後の冷却液７が流れる冷却液流路１５と第２連通路９２と冷却液循環羽根１０のモータ側冷却液吸入空間６１およびポンプケーシング側冷却液吸入空間６２と環状溝９０と冷却液吐出通路９３とから構成される低温流路部とを有することなり、高温流路部と低温流路部とは、上体部３０において上部室３０ａとモータ側冷却液吸入空間６１とを区画する区画壁３２と、仕切部材９において第１連通路９１と第２連通路９２とを区画する区画壁３４とで区画され、下体部３１においては、区画部材１１によって区画されている。

シール室３内に封入されている冷却液７は、冷却液循環羽根１０の回転によって冷却液循環系１３を循環してモータ１を冷却する。すなわち、潤滑液循環系１３は、環状の仕切部材９に設けた冷却液吐出通路９３と、この冷却液吐出通路９３とモータフレーム２の外周を取り囲んで設けた冷却筒部１４とを互いに連通させる第１経路１３Ａと、冷却筒部１４と上体部３０における環状の上部室３０ａとを、上体部３０に設けた導入通路３０ｂを介して互いに連通させる第２経路１３Ｂとを備えている。なお、図１中の１６はドレン管を示す。

冷却液循環羽根１０における冷却液７の流れを詳しく説明する。ポンプ主軸６の回転により、メカニカルシール８の上側回転環８２と下側回転環８３および冷却液循環羽根１０が連動して回転する。冷却液循環羽根１０が回転すると、その上下の各面板１０ａ，１０ｂの吸込孔２１から冷却液７が吸い込まれ、冷却液流路１０ｄを通り、側周壁１０ｃの吐出孔２２から環状の仕切部材９の環状溝９０内へと吐出されるのである。つまり、本ポンプ装置においては、冷却液循環羽根１０の上方に位置するモータ側冷却液吸入空間６１、及び下方に位置するポンプケーシング側冷却液吸入空間６２の双方から冷却液７が吸込まれ、外径方向に吐出される構造の遠心ポンプに構成されている。

環状の仕切部９の環状溝９０内へと吐出された冷却液７は、環状の仕切部材９の環状溝９０→環状の仕切部材９に設けた冷却液吐出通路９３→第１経路１３Ａ→冷却筒部１４→第２経路１３Ｂ→導入通路３０ｂ→上体部３０の環状の上部室３０ａ→環状の仕切部材９の第１連通路９１→下体部３１の下部室３１ａ→冷却液流路１２→階段状の冷却液流路１５→ポンプケーシング側冷却液吸入空間６２→冷却液循環羽根１０の面板１０ｂまたは階段状の通路１５→第２連通路９２→モータ側冷却液吸入空間６１→冷却液循環羽根１０の面板１０ａの順路で循環して、モータフレーム２を取り囲んでいる冷却筒部１４を通過する過程でモータフレーム２を冷却し、冷却されたモータフレーム２を介してモータ１を冷却する。

なお、冷却筒部１４を流れる冷却液は、モータ１の上側軸受周辺を冷却するように配置され、冷却液７が冷却筒部１４を通過することによってモータ１上側の軸受周辺が冷却されるように構成することが望ましい。また、モータフレーム２の上部を取り囲む冷却筒部１４上側には空気収容空間（図示せず）が、冷却液７から生じた空気を収容でき、さらには冷却液７が温度上昇に伴って体積膨張した場合でも冷却液７を収容できるように形成されている。さらに冷却液をポンプ装置に充填する際に必ず空気収容空間が形成されるように冷却筒部の天井面より下に冷却液注入口１０２と空気抜き口１０３を設けることが望ましい。

前述のように、ポンプ主軸６と連動して回転する冷却液循環羽根１０によって冷却液流路１２を循環するシール室３内の冷却液７は、その循環の過程で放熱隔壁３１Ｃを介してポンプケーシング４内のポンピング対象流体Ｗとの間で熱交換がなされて冷却される。しかも、冷却液流路１２の通路断面積が小さく設定されていることによって、冷却液流路１２を通過する冷却液７の流速が速くなる。つまり、冷却液流路１２を循環する放熱隔壁３１Ｃ近傍の冷却液７の流速が増すことになり、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率が大きくなり、冷却液７とポンピング対象流体Ｗとの熱交換効率が向上し、効果的にモータ１を冷却することができる。

また、冷却液循環羽根１０が冷却液流路１２よりもモータフレーム２側に配置されていることによって、冷却液循環羽根１０の物理的な制限（すなわち上下方向の幅寸法）に影響されることなく、区画部材１１のフランジ部１１ｂを放熱隔壁３１Ｃに接近させて、冷却液流路１２の流路断面積をより一層小さく設定することができる。このため、放熱隔壁３１Ｃ近傍における冷却液７の流速を大幅に増大させて、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率が大きくなり、冷却液７とポンピング対象流体水Ｗとの熱交換効率を一層高くして、モータ１を効果的に冷却することができる。

さらに、冷却液循環羽根１０がメカニカルシール８の外周部に構成される構造となっているので、メカニカルシール８と冷却液循環羽根１０とを軸線方向に並べて配置されるような構成に比べて、冷却液循環羽根１０の設置によるポンプ軸方向の寸法を増大させることなく、配置することができる。

一方、放熱隔壁３１Ｃの冷却液流路１２側表面に、円環突条からなる伝熱促進部３１Ｆが形成されているので、伝熱促進部３１Ｆによって冷却液流路１２を循環する冷却液７の流れを乱して、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率をさらに大きくし、冷却液７とポンピング対象流体Ｗとの熱交換効率を高くして、モータ１を効果的に冷却するのに寄与することができる。

また、下体部３１における下部室３１ａの階段状のボス部３１Ｂを区画部材１１の階段状の筒部１１ａで取り囲むことで、冷却液流路１２に連続して階段状の冷却液流路１５を形成していることにより、該階段状の冷却液流路１５を循環する冷却液７の流れを乱して、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃへ向けて熱が流れる階段状のボス部３１Ｂの間の熱伝達率を大きくし、冷却液７と階段状のボス部３１Ｂの間の熱交換を促進して、モータ１を効果的に冷却するのに寄与することができる。

以上のように構成されたポンプ装置は、マンホールに設置して使用することができる。例えば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、マンホール４４の内部には、その底部において横向きに開口する入口側の開口フランジ４３ａを有して上方に延びる揚水用の移送管４３が固定配置（定置型の移送管の一例）されるとともに、開口フランジ４３ａ近くの移送管４３の上部には、マンホール４４の開口部周壁４４ａに亘って架設される状態で一対のガイドパイプ４３ｂ，４３ｂが立設されている。ポンプの吐出管４１には、略鉤状の引掛け部４２が装備されている。そして、前述の引掛け部４２には、図３（ａ）に示すように、一対のガイドパイプ４３ｂ，４３ｂに相対上下移動自在に嵌合するスライド部（平面視でＣ字状を呈する）４２ａが形成されている。

従って、スライド部４２ａをガイドパイプ４３ｂ，４３ｂに嵌合させた状態にしてから、吊下げられているポンプ装置を下降させていくことにより、図３（ｂ）に示すように、引掛け部４２が開口フランジ４３ｂに正規の位置関係で上方から引っ掛かり、それによってポンプ装置が支持される状態が自動的に得られるようになる。その支持状態では、吐出管４１の吐出口部４１ａと移送管４３の開口フランジ４３ｂとが、各々の軸心が一致する状態となるように設定されており、マンホール４４の底に溜まった汚水、雨水を吸上げて円滑に移送管４３に吐出させる、という使い方が簡単で便利に行えるものとなっている。またエア逃し孔（通気孔）９４は、ポンプ吐出口部４１ａの中心線上における軸心Ｐの両脇それぞれで、かつ、天井壁３ｂの外径側端となる位置に形成されている。なお、移送管との接合方法は上記実施形態に限定されるものではなく、フランジ部をボルト接合するものであってもよい。

〔別実施形態〕
（１）シール室３に設けられた通気孔９４は、本実施形態のポンプ装置では通気孔９４としてシール室の天井壁３ｂにおける最上部の２箇所に設けられているが、本発明はこれに限定されず、シール室３の天井面３ｂに１箇所以上形成されておれば良い。従って、吐出管４１の軸線方向のポンプ主軸６を挟んだ何れか片側の１箇所で、かつ、モータ側冷却液吸入空間６１の天井壁３ｂの外径側端となる位置に形成される構成や、或いは、ポンプ主軸６の軸心に対する周方向で均等角度毎に３箇所以上の通気孔９４を設ける構成も可能である。

（２）冷却液循環羽根１０は、スラスト荷重が相殺されるように、冷却液を冷却液循環羽根の両側から冷却液を吸い込み、その外径方向に吐出することができるような形状であれば良く、図６に示される本実施形態の形状に限定されない。例えば、図８に示すような構成のものでも良い。また図８に示すように冷却液循環羽根取付け位置はメカニカルシールの回転部材ではなく、ポンプ主軸に直接取り付けるものであってもよい。なお、図８の白抜き矢印は冷却液の流れ方向を示している。

本発明の実施形態であるポンプ装置の一例を示す縦断面図である。 本実施形態であるポンプ装置のシール室およびその周辺の拡大断面図である。 本実施形態であるポンプ装置をマンホール内に配置した状況を示す図であり、（ａ）はマンホール内に配置されたポンプ装置の平面図であり、（ｂ）はマンホール内に配置されたポンプ装置の側面図である。 本実施形態であるポンプ装置のメカニカルシールを説明する拡大断面図である。 本実施形態であるポンプ装置のシール室において用いられる押え部材の一例を示す平面図である。 本実施形態であるポンプ装置の冷却液循環羽根の一例を示す図である。 図６に示された冷却液循環羽根の平面図である。 本発明に係るポンプ装置の冷却液循環羽根の別の実施例を示す図である。 従来のポンプ装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１ モータ
２ モータフレーム
３ シール室
３ａ 天井面３ａ
４ ポンプケーシング
５ 羽根車
６ ポンプ主軸
６１ 冷却液吸入空間
７ 冷却液
８ メカニカルシール
１０ 冷却液循環羽根
１１ 区画壁
１２ 冷却液流路
１４ 冷却筒部
３１Ｃ 放熱隔壁
４１ 吐出管
８０ 上側固定環
８１ 下側固定環
８２ 上側回転環
８３ 下側回転環
８５ 支持リング
８６ 押え部材
８６ａ 切欠き
９４ 通気孔

Claims (6)

1. モータを密封したモータフレームと、このモータフレームの外周を取り囲んで設けた冷却筒部と、前記モータによって駆動されるポンプ主軸と、前記ポンプ主軸に取付けられポンプケーシング内で回転する羽根車と、前記モータと前記ポンプケーシングの間に介設されたメカニカルシールを収納するシール室と、前記シール室内に封入された冷却液と、前記シール室内の前記ポンプ主軸に取付けられ冷却液を循環させるための冷却液循環羽根とを備えたポンプ装置であって、
   前記冷却液をポンピング対象流体と熱交換することで冷却する熱交換手段を備え、前記冷却液循環羽根はモータ側とポンプケーシング側の両側に形成された冷却液吸入空間から冷却液を吸込み、前記ポンプ主軸の径方向に吐出することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記冷却液循環羽根を、メカニカルシールの回転部材の外周部に設けたことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記冷却液循環羽根は、複数の吸込孔を有する２つの面板と、前記面板の外周端どうしを連結し複数の吐出孔を有する筒状の側周壁と、一方の面板の吸込孔と他方の面板の吸込孔とを連通する面板間流路と、面板間流路から分岐し、前記吐出孔とを連通する吐出流路とを有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記ポンプ主軸は立軸線を有し、前記シール室に、前記冷却筒部を通過した後の温度上昇した冷却液が流れる高温流路部と、熱交換後の冷却液が流れる低温流路部とを区画する区画壁が設けられ、前記シール室の最上部に前記高温流路部と低温流路部とを連通する通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のポンプ装置。
5. 前記ポンプケーシングに前記ポンプ主軸の径方向にポンピング対象流体を吐出する横方向の吐出管を備え、前記通気孔は少なくとも前記シール室の天井面に２箇所設けられ、その設置場所が前記吐出管の軸線方向の前記ポンプ主軸を挟んだ両側であることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
6. 少なくとも１つの前記メカニカルシールの固定環は前記シール室の天井面に押え部材を用いて取付けられ、前記メカニカルシールの固定環と回転環の摺動面は前記シール室の天井面よりも低位置に配置され、前記押え部材はその内側端から外側端に亘って連通する空気逃がし用の溝または切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のポンプ装置。
   
   

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