JP3985860B2 - 多段モータポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段モータポンプに係り、特に主軸の両端に羽根車を配置した多段モータポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、モータフレームの外周に取扱液が流れる環状空間を形成した全周流型の多段ポンプが知られている。このような全周流型の多段ポンプはキャンドモータポンプの一種であり、キャンドモータのロータは軸受によって回転支持される。取扱液は吸込部から１段目の羽根車に導かれて昇圧され、更に次段の羽根車によって昇圧され、最終的には吐出口から吐出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の全周流型多段ポンプにおいては、取扱液に小さな気泡又は溶存ガスが含まれる場合、ポンプの連続運転時間の経過と共に遠心分離作用によってロータの周りに空気が滞留してしまうことがある。ロータの周りに空気が滞留すると軸受の摺動面の潤滑不良を引き起こし、これによって軸受の破損に至る場合がある。特に、上述した多段ポンプを立型ポンプとして構成する場合には、上部に配置されたポンプ部の存在によって更に空気が滞留しやすくなる。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、軸受の摺動面の潤滑を良好にして軸受の破損を防止することができる多段モータポンプを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、取扱液によって潤滑される固定側滑り軸受と回転側滑り軸受とを有する軸受部を備えた多段モータポンプにおいて、上記軸受部の圧力よりも高圧の取扱液の一部を該軸受部に導く導入流路と、上記導入流路を介して導入された取扱液を上記固定側滑り軸受と上記回転側滑り軸受との間の摺動面に向けて噴射する噴射流路とを有し、羽根車と軸受との間に配置されるディスタンスピース及び前記回転側滑り軸受を保持するスラストディスクに前記導入流路を形成し、前記スラストディスクに前記噴射流路を形成したことを特徴とする多段モータポンプである。
【０００６】
このように、本発明によれば、軸受部の圧力よりも高圧の取扱液の一部を軸受部に導く導入流路と、この取扱液を固定側滑り軸受と回転側滑り軸受との間の摺動面に向けて噴射する噴射流路とを形成して自己注水するようにしているので、モータのロータの周りに空気が滞留することが取扱液の噴射により防止され、軸受の摺動面の潤滑を良好にして軸受の破損を防止することができる。
【０００８】
本発明の好ましい一態様は、吸込部から導いた取扱液を少なくとも１つの羽根車により昇圧する第１のポンプ部と、上記第１のポンプ部から吐出された取扱液を少なくとも１個の羽根車により昇圧する第２のポンプ部とを備え、上記第１のポンプ部の羽根車と上記第２のポンプ部の羽根車の吸込方向を互いに逆向きにしたことを特徴としている。このように第１のポンプ部の羽根車と第２のポンプ部の羽根車の吸込方向を互いに逆向きにすれば、軸推力のバランスを取ることができる。
【０００９】
この場合において、モータフレームの外側に外筒を設けて取扱液が流れる環状空間を形成し、一方の軸端側に上記第１のポンプ部を配置すると共に他方の軸端側に上記第２のポンプ部を配置することが好ましい。
【００１０】
本発明の他の好ましい一態様は、前記軸受間の摺動面が、軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受の摺動面であることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多段モータポンプの一実施形態について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態における多段モータポンプを示す縦断面図である。本実施形態における多段モータポンプは、図１に示すように、吸込側ポンプケーシング１、モータフレーム２、吐出側ポンプケーシング３、ケーシングカバー４、及びキャンドモータ５から基本的に構成される。
【００１２】
モータフレーム２は、その外側に設けられた外筒６とリブ７によって一体となるようステンレス鋳鋼材にて成形されている。更に、外筒６の外周部には、周波数変換器取付用の平面座８が一体に設けられている。モータフレーム２と外筒６の間には取扱液が流れる環状空間Ｓ１が形成されている。
【００１３】
モータフレーム２の内部には、キャンドモータ５のステータ９が焼き嵌め又は圧入固定されて収容されている、このステータ９の内側には、主軸１０に焼き嵌め固定されたロータ１１が回転可能に収容される。また、モータフレーム２の軸方向上端にはステンレス鋳鋼材にて成形されるモータフレーム側板１２が密封溶接されている。また、上記平面座８は平坦面を有しており、この平面座に周波数変換器（図示せず）を収容するケース１３が取付けられている。
【００１４】
キャンドモータ５の主軸１０の両端には、羽根車１４，１５がそれぞれ１枚ずつ固定されており、これらの羽根車１４，１５には、軸方向外方に開口した吸込部１４ａ，１５ａが形成されている。これらの羽根車１４，１５はそれぞれ吸込側ポンプケーシング１及び吐出側ポンプケーシング３の内部に収容される。羽根車１４，１５はステンレス鋳鋼による鋳造成形品などが適宜選択され、１段あたり１００ｍに及ぶ高い揚程（圧力）を発生させる。
【００１５】
主軸１０はその両端においてモータフレーム２に設けられた軸受部によって支承されている。主軸１０の下方（１段目）の軸受部においては、軸受ブラケット２０にラジアル軸受２１が設けられ、座金２２に当接するスリーブ２３はラジアル軸受２１と摺動部を形成している。また、軸受ブラケット２０は、モータフレーム２の端部に当接している。
【００１６】
また、主軸１０の上方（２段目）の軸受部においては、軸受ブラケット３０にラジアル軸受３１と固定側スラスト軸受３２が設けられている。ラジアル軸受３１の端面は、固定側スラスト摺動部材としての機能も付与されており、スラストディスク３３に保持された回転側スラスト軸受３４がラジアル軸受３１の端面に摺接している。上記固定側スラスト軸受３２に対向して回転側スラスト軸受３５が設けられている。回転側スラスト軸受３５はスラストディスク３６に保持されている。スリーブ３７はラジアル軸受３１と摺動部を形成している。
【００１７】
なお、上述したラジアル軸受２１，３１、スラスト軸受３２，３４，３５、及びスリーブ２３，３７の材料は、セラミック材料の一種であるシリコンカーバイドであり、軸受ブラケット２０，３０及びスラストディスク３３，３６の材料はステンレス鋼である。また、軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受３２，３４，３５は滑り軸受により構成されている。
【００１８】
上記キャンドモータ５は２極の三相誘導電動機であり、上記周波数変換器から供給される電力（例えば１２５Ｈｚ、２００Ｖ）によって毎分約７５００回転の高速回転で運転される。この結果、羽根車１４，１５を含むポンプの小型化が達成されている。このとき、モータフレーム２と外筒６との間の流路Ｓ１を流れる取扱液は、高速化に伴って生じる比較的周波数の高い騒音を遮音すると共に、発熱するキャンドモータ５及び周波数変換器を効果的に冷却する。
【００１９】
ここで、モータフレーム２の外側に設けられた外筒６の軸方向両側には、吸込側ポンプケーシング１と吐出側ポンプケーシング３とがそれぞれ固定されている。また、吐出側ポンプケーシング３の上部にはケーシングカバー４が取付けられている。吸込側ポンプケーシング１は吸込ノズル１ａを備えており、この吸込ノズル１ａから１段目の羽根車１４の吸込部１４ａに至る流路Ｓ２が形成されている。また、この流路Ｓ２を形成する壁によって、羽根車１４の吸込部１４ａと上述の流路Ｓ１とを連通する流路Ｓ３が形成されている。これにより、吸込側ポンプケーシング１の吸込ノズル１ａから流路Ｓ２に吸い込まれた流体は、１段目の羽根車（第１のポンプ部）１４の吸込部１４ａを通って羽根車１４により昇圧される。そして、この昇圧された流体は流路Ｓ３を通って流路Ｓ１に流入する。
【００２０】
吐出側ポンプケーシング３には上記流路Ｓ１に連通する流路Ｓ４と２段目の羽根車１５の吐出部から吐出ノズル３ａに至る流路Ｓ５とが形成されている。ケーシングカバー４には上記吐出側ポンプケーシング３に形成された流路Ｓ４と連通する空間Ｓ６が設けられると共に、吐出側ポンプケーシング３の中央部、即ち、２段目の羽根車１５の吸込部１５ａが位置する部分は開口している。
【００２１】
従って、上記第１段目の羽根車１４により昇圧され流路Ｓ１に流入した流体は、吐出側ポンプケーシング３の流路Ｓ４に導入され、ケーシングカバー４の空間Ｓ６に至る。そして、流体はケーシングカバー４の空間Ｓ６から羽根車１５の吸込部１５ａを通って羽根車（第２のポンプ部）１５により昇圧され、流路Ｓ５を通って吐出側ポンプケーシング３の吐出ノズル３ａから吐出される。図１に示すように、本実施形態では、主軸１０の両軸端に配置される羽根車１４，１５の吸込方向を互いに逆向きにしているので、軸推力のバランスを取ることができる。
【００２２】
２段目の羽根車１４とスラストディスク３６との間には、羽根車１４とスラストディスク３６との間の距離を確保するためのディスタンスピース４０が配置されており、このディスタンスピース４０は主軸１０に嵌挿されている。図２（ａ）はディスタンスピース４０の平面図、図２（ｂ）は断面図、図２（ｃ）は底面図である。図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すように、ディスタンスピース４０は略円筒形をなしており、ディスタンスピース４０の上部には導入溝４１が形成されている。ディスタンスピース４０の内周面には主軸１０に挿嵌されたときに上記導入溝４１と連通し軸方向に延びる連絡溝４２が形成されている。なお、本実施形態では、４つの導入溝４１と連絡溝４２がそれぞれ形成されているが、これに限られるものではない。
【００２３】
図３（ａ）はスラストディスク３６の平面図、図３（ｂ）は断面図、図３（ｃ）は底面図、図４は図１に示す多段モータポンプの軸受部の部分拡大図である。図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示すように、スラストディスク３６の内周面には、ディスタンスピース４０に形成された連絡溝４２と連通する連絡溝５１が形成されている。そして、スラストディスク３６の下部には、連絡溝５１と連通し、径方向に延びる噴射口（噴射流路）５２が形成されている。なお、本実施形態では、４つの連絡溝４２と噴射口５２がそれぞれ形成されているが、これに限られるものではない。
【００２４】
このような構成により、２段目の羽根車１５で昇圧された取扱液の一部は、図４に矢印で示すように、ディスタンスピース４０の導入溝４１から連絡溝４２に流入し、更にスラストディスク３６の連絡溝５１に流入する。スラストディスク３６の連絡溝５１に流入した取扱液は噴射口５２からスラストディスク３６に保持された回転側スラスト軸受３５と固定側スラスト軸受３６との間の摺動面５３（図４参照）に向けて噴射される。
【００２５】
このように、本実施形態においては、軸受部の圧力よりも高圧の取扱液の一部を軸受部に導く導入流路（即ち、ディスタンスピース４０の導入溝４１及び連絡溝５２、スラストディスク３６の連絡溝５１）と、この取扱液を回転側スラスト軸受３５と固定側スラスト軸受３６との間の摺動面５３に向けて噴射する噴射流路（即ち、スラストディスク３６の噴射口５２）とを形成しているので、取扱液の噴射によってキャンドモータ５のロータ１１の周りに空気が滞留することが防止され、軸受の摺動面５３の潤滑を良好にして軸受の破損を防止することができる。
【００２６】
本実施形態では、２段のモータポンプを例として説明したが、これに限られるものではなく、３段以上のモータポンプにも本発明を適用することができる。また、本実施形態では、導入流路をディスタンスピース４０及びスラストディスク３６に形成し、噴射流路をスラストディスク３６に形成した例を説明したが、これに限られず、導入流路や噴射流路を他の部材に形成することとしてもよい。
【００２７】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、軸受部の圧力よりも高圧の取扱液の一部を軸受部に導く導入流路と、この取扱液を回転側滑り軸受と固定側滑り軸受との間の摺動面に向けて噴射する噴射流路とを形成して自己注水するようにしているので、取扱液の噴射によってモータのロータの周りに空気が滞留することが防止され、軸受の摺動面の潤滑を良好にして軸受の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における多段モータポンプを示す縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示す多段モータポンプのディスタンスピースを示す平面図、図２（ｂ）は断面図、図２（ｃ）は底面図である。
【図３】図３（ａ）は図１に示す多段モータポンプのスラストディスクの平面図、図３（ｂ）は断面図、図３（ｃ）は底面図である。
【図４】図１に示す多段モータポンプの軸受部の部分拡大図である。
【符号の説明】
１ 吸込側ポンプケーシング
１ａ 吸込ノズル
２ モータフレーム
３ 吐出側ポンプケーシング
４ ケーシングカバー
５ キャンドモータ
６ 外筒
７ リブ
８ 平面座
９ ステータ
１０ 主軸
１１ ロータ
１２ モータフレーム側板
１３ ケース
１４，１５ 羽根車
２０，３０ 軸受ブラケット
２１，３１ ラジアル軸受
２２ 座金
２３，３７ スリーブ
３２ 固定側スラスト軸受
３３，３６ スラストディスク
３４，３５ 回転側スラスト軸受
４０ ディスタンスピース
４１ 導入溝
４２，５１ 連絡溝
５２ 噴射口
５３ 摺動面

Claims (4)

1. 取扱液によって潤滑される固定側滑り軸受と回転側滑り軸受とを有する軸受部を備えた多段モータポンプにおいて、
   前記軸受部の圧力よりも高圧の取扱液の一部を該軸受部に導く導入流路と、
   前記導入流路を介して導入された取扱液を前記固定側滑り軸受と前記回転側滑り軸受との間の摺動面に向けて噴射する噴射流路とを有し、
   羽根車と軸受との間に配置されるディスタンスピース及び前記回転側滑り軸受を保持するスラストディスクに前記導入流路を形成し、
   前記スラストディスクに前記噴射流路を形成したことを特徴とする多段モータポンプ。
2. 吸込部から導いた取扱液を少なくとも１つの羽根車により昇圧する第１のポンプ部と、前記第１のポンプ部から吐出された取扱液を少なくとも１個の羽根車により昇圧する第２のポンプ部とを備え、
   前記第１のポンプ部の羽根車と前記第２のポンプ部の羽根車の吸込方向を互いに逆向きにしたことを特徴とする請求項１に記載の多段モータポンプ。
3. モータフレームの外側に外筒を設けて取扱液が流れる環状空間を形成し、
   一方の軸端側に前記第１のポンプ部を配置すると共に他方の軸端側に前記第２のポンプ部を配置したことを特徴とする請求項２に記載の多段モータポンプ。
4. 前記軸受間の摺動面が、軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受の摺動面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の多段モータポンプ。

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