JP4642399B2

JP4642399B2 - モータポンプ

Info

Publication number: JP4642399B2
Application number: JP2004210736A
Authority: JP
Inventors: 研一梶原; 潤也川畑; 義晶宮崎
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: JP2006029242A; WO2006008844A1

Description

本発明は、モータポンプに係り、特に電動機軸を延長したポンプ軸に取付けられた少なくとも１個の羽根車と、該羽根車を収容する少なくとも１個のケーシングとを備えたモータポンプに関するものである。

モータポンプの一種として、電動機軸を延長したポンプ軸に取付けられた複数の羽根車と、各羽根車を収容する複数の中間ケーシングとを備えた多段ポンプが知られている。多段ポンプの一種として、スプライン軸からなるポンプ軸に複数の羽根車を取付け、各羽根車を鋼板をプレス成形して形成された中間ケーシングに収容するようにした多段ポンプがある。この種の多段ポンプにあっては、複数の羽根車をスプラインを介してポンプ軸に固定している。この場合、ポンプ軸はスプライン加工されているため、通常、メカニカルシールを装着する部分は、スプライン加工される部分より外径が大きく形成されている。そのため、ポンプ軸は、スプライン加工される前に、スプライン加工される部分がメカニカルシールが装着される部分より細い外径になるように機械加工をする必要があり、ポンプ軸の加工コストが増大するという問題点がある。

また、スプライン加工される部分について機械加工をすることなく、メカニカルシールが装着される部分とスプライン加工される部分とが同一外径のポンプ軸を用い、この同一外径のポンプ軸にスプライン加工を施す場合もある。この場合には、スプライン加工された部分はメカニカルシールが装着される部分よりも外径が太くなるため、標準のメカニカルシールを用いることができず、特製のメカニカルシールを別途製作しなければならないので、製作コストが上昇するという問題がある。

また、上述の多段ポンプにあっては、メカニカルシールから液体がリークしてポンプケーシング側からモータ側に入り込む場合を想定し、この浸入した液体を水切りするための部材がポンプ軸（またはモータ軸）に装着されている。この水切りする部材は、通常、ポンプ軸にはめ込まれたリング状部材のみからなり、液体がこのリング状部材を乗り越えてモータ側のボールベアリング等に浸入してしまうという問題点がある。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、羽根車が装着されるポンプ軸のスプライン加工が施される部分について予め機械加工をする必要がなく、かつ市販の標準のメカニカルシールを用いることができ、メカニカルシールから液体がリークしてもモータ側にある軸受等に液体が浸入することを確実に防止することができるモータポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明のモータポンプは、電動機軸とポンプ軸からなる主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングとを備えたモータポンプにおいて、前記ポンプ軸は羽根車を保持するスプライン部を有し、前記電動機軸と前記ポンプ軸との接合部にある段差に位置決めされる位置決め部材を設け、前記スプライン部および前記位置決め部材に嵌合される薄板のスリーブを設け、該スリーブにメカニカルシールの回転側部材を保持し、該スリーブとポンプ軸との間の間隙にＯリングを装着したことを特徴とするものである。

また、前記スリーブは、前記主軸のスプライン部に設けた溝に取り付けられているリング状部材で位置決めされることを特徴とする。
また、前記スリーブにおける前記スプライン部に嵌合される部分、前記位置決め部材に嵌合される部分、および前記メカニカルシールの回転側部材を保持する部分の少なくとも１つは、縮管又は拡管成形されていることを特徴とする。

モータポンプは、電動機軸とポンプ軸からなる主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングとを備えたモータポンプにおいて、該ケーシングの開放端を密閉するとともに吐出口を備えたポンプヘッドと、該ポンプヘッドに保持されるとともに前記主軸を支持する軸受と、該軸受に隣接して設けられた板金製のベアリングプレートと、該ベアリングプレートの反軸受側に設けられるとともに前記主軸に装着された水切リングとを備えてもよい。

また、前記水切リングはゴム製のＶリングからなってもよい。
また、前記主軸には、反ベアリングプレート側に直径が細められた段差があり、該段差により軸方向に位置決めされる位置決め部材を設け、該位置決め部材の端面で前記水切リングの位置が定まっていてもよい。
また、前記電動機軸と前記ポンプ軸が別部品で構成され、前記電動機軸に前記ポンプ軸が圧入されることにより前記段差が形成されていてもよい。

本発明によれば、モータポンプのポンプ軸を支持する軸受のポンプ側に水切リングを設けたため、メカニカルシールから液体がリークしてもモータ側にある軸受に液体が浸入することを確実に防止することができる。また、ポンプ軸のスプライン部にスリーブを設け、該スリーブに標準のメカニカルシールを装着するようにしたため、スプライン加工が施される部分について予め機械加工をする必要がなく、且つ市販の標準のメカニカルシールを用いることができる。

以下、本発明に係るモータポンプの実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。実施形態においては、本発明のモータポンプの一実施形態として、鋼板をプレス成形して形成された複数の中間ケーシングを多段に積み重ね、各中間ケーシングの内部に羽根車を収容した横型の多段モータポンプの実施形態について説明する。なお、図１乃至図４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態における横型の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横型の多段モータポンプは、鋼板をプレス成形して形成され多段に積み重ねられた複数の中間ケーシング１と、多段に積み重ねられた中間ケーシング１の左右に設けられた吸込ケーシング２およびポンプヘッド３とを備えている。ポンプヘッド３には複数のボルト６０によってモータ４０が連結されている。

吸込ケーシング２のフランジ２ｆとポンプヘッド３とは、複数のケーシングボルト８により連結されている。すなわち、吸込ケーシング２のフランジ２ｆに形成されたボルト孔２ｈより、ケーシングボルト８を挿通し、ケーシングボルト８の下端をポンプヘッド３に螺合することにより、多段の中間ケーシング１、吸込ケーシング２およびポンプヘッド３は、一体に連結されている。

前記吸込ケーシング２および各中間ケーシング１の内部には、ポンプ軸１０に固定された羽根車１１が収容されている。ポンプ軸１０はスプライン軸になっており、羽根車１１の内周部はスプライン軸に嵌合する複数の溝を有している。
ポンプ軸１０の端部には、メカニカルシール１２が装着されており、メカニカルシール１２により、ポンプ軸１０がポンプヘッド３を貫通する部分の軸封（シャフトシール）を行っている。ポンプ軸１０の端部は、モータ４０のモータ軸４１に圧入されており、ポンプ軸１０とモータ軸４１とが一体に連結され主軸４が構成されている。モータ４０は、モータケーシング４２内にステータ４３と、モータ軸４１に固定された回転子４４と、モータ軸４１の端部に固定されたファン４５とを備えている。モータケーシング４２は、略円筒状のモータフレーム４６と、モータフレーム４６の端部を閉塞するエンドカバー４７とから構成されている。

モータ４０のモータ軸４１は、エンドカバー４７に保持された軸受４８と、ポンプヘッド３に設けられた軸受ハウジング部３ｃに保持された軸受４９とに回転可能に支持されている。モータ軸４１とポンプ軸１０とは、圧入により一体化されて主軸４が構成されているため、この一体化された主軸４も軸受４８，４９により回転可能に支持されることになる。軸受４８，４９はボールベアリングから構成されている。
前記吸込ケーシング２には吸込口２ａが形成されており、ポンプヘッド３には、吐出口３ａが形成されている。

図２は、図１に示す中間ケーシング付近の構造を示す部分拡大図である。図２に示すように、本実施形態における中間ケーシング１は、略円筒容器状に形成されており、円筒状の側面部２１と、円筒状側面部２１から径方向外側に突出する突出部２２と、突出部２２から径方向内側に延びる段平面部２３と、段平面部２３から軸方向に延びる段側面部２４と、段側面部２４から径方向内側に延びる底面部２５とを有している。この中間ケーシング１は、ステンレス鋼板をプレス成形して製作される。

突出部２２は円筒状側面部２１の外径よりも大きな外径を有しており、段側面部２４は円筒状側面部２１の内径よりもやや小さな外径を有している。また、段平面部２３は、円筒状側面部２１に対して直角に形成されており、隣接する中間ケーシング１の円筒状側面部２１の軸方向端面２１ａの略全面が段平面部２３に当接するようになっている。なお、円筒状側面部２１の端面２１ａとの当たり面の面積が確保できれば、段平面部２３は円筒状側面部２１に対して直角ではなく所定角度だけ傾斜していてもよい。

中間ケーシング１の底面部２５は、中間ケーシング１の軸方向に半球または略半球形状に湾曲形成されている。そして、底面部２５には吸込板３０が溶接により取付けられており、この吸込板３０と側板３２との間には戻し羽根３４が挟み込まれて溶接されている。吸込板３０は、底面部２５と同一形状の半球または略半球形状に湾曲形成されている。吸込板３０の外周側の端面３０ａは、隣接する中間ケーシング１の円筒状側面部２１の内周面に当接しており、この吸込板３０、段側面部２４、段平面部２３、及び隣接する中間ケーシング１の円筒状側面部２１の内周面によってＯリング２７を装着する空間が形成されている。このように、本発明によれば、プレス成形が容易な単純な構造となるため、中間ケーシング間のＯリング用の溝を容易且つ精度高く形成することができ、安定したシール性能と精度を得ることができる。また、市販されているＯリングに合わせてＯリング用の溝の形状を容易に変更することができるので、入手しやすい市販のＯリングを使用することでコストを低減することができる。そして、中間ケーシング１の底面部２５は半球または略半球形状に湾曲形成されているため、中間ケーシング１は耐圧性に優れている。

中間ケーシング１の底面部２５の内周側の縁部２６にはライナリング２８が取り付けられており、このライナリング２８によって、高圧水の羽根車吸込側への漏れが防止される。また吸込ケーシング２の吸込口２ａの内端にも、ライナリング２８が取り付けられている。

中間ケーシング１の内部には、突出部２２、段平面部２３、段側面部２４および底面部２５の外周側の部分をカバーするようにバッフル３６が設けられている。バッフル３６は中間ケーシング１の底面部２５に溶接により接合されており、バッフル３６により石等の固形物が中間ケーシング１内に流入したとしても固形物から突出部２２、段平面部２３、段側面部２４および底面部２５の外周側の部分を保護するようになっている。特に、バッフル３６は中間ケーシング１のコーナー成形部を保護している。なお、バッフル３６はポンプの用途によっては省略してもよい。

図３は中間ケーシングの内部を示す図であり、図２のIII矢視図である。図３に示すように、バッフル３６の内周側は、半径方向外方に延びる多数の溝３６ａを形成したスプライン構造になっている。従って、これらの溝３６ａの箇所においては、中間ケーシング１の底面部２５が露出しており、これらの溝３６ａがない箇所においては、底面部２５はバッフル３６によって覆われることになる。その結果、底面部２５には、羽根車１１と対向する面にバッフル３６の板厚に相当する厚さ分だけ凹凸部が形成されることになる。そのため、羽根車１１と底面部２５との間の空間に存在する液体は、羽根車１１の回転に伴って回転エネルギーが付与されるが、バッフル３６の溝３６ａにより形成された底面部２５の表面の凹凸部により、液体の回転エネルギーが減衰される。その結果、羽根車１１と底面部２５との間の空間に存在する液体の静的圧力低下が防止され、羽根車１１に加わるスラスト力を低減することができる。

次に、ポンプ軸１０を支持するための軸受４９の周辺部品およびポンプ軸１０がポンプケーシングを貫通する部分の軸封（シャフトシール）を行うためのメカニカルシール１２を図１および図４を参照して説明する。図４は図１の要部拡大断面図である。

圧入により一体化されたポンプ軸１０およびモータ軸４１からなる主軸４を支持する軸受４９は、止め輪５１によりポンプヘッド３の軸受ハウジング部３ｃに固定されている。モータ軸４１には、軸受４９に隣接して板金製のベアリングプレート５２が装着され、ベアリングプレート５２に隣接して水切リング５３が装着されている。モータ軸４１とポンプ軸１０との接合部には、モータ軸４１の端面の段部４１ｓを利用して、位置決め部材５５が設置されている。すなわち、位置決め部材５５は、モータ軸４１の段部４１ｓに当接するようにモータ軸４１に装着されており、位置決め部材５５の端面５５ａは、水切リング５３の位置決めをしている。したがって、水切リング５３は位置決め部材５５の端面５５ａにより押圧され、モータ軸４１の回転にともなって、水切リング５３はモータ軸４１と一体に回転する。これにより、メカニカルシール１２から液体がリークしても、水切リング５３により水切りされ、モータ側に入り込むことが防止される。

一方、メカニカルシール１２は、ポンプ軸１０のスプライン部１０ｓを覆うように設けられた薄肉パイプからなるスリーブ６１と、スリーブ６１に装着された回転側シールリングを含む回転側部材６２と、回転側シールリングと相対して摺動する固定側シールリングを含む固定側部材６３とを備えている。スリーブ６１の一端部は拡管されて位置決め部材５５に嵌合され、スリーブ６１の他端部は縮管されてスプライン部１０ｓの外周に嵌合されている。またポンプ軸１０には、スリーブ６１の内周とポンプ軸１０の外周との間の隙間を密封するためにＯリング６５が装着されている。

スリーブ６１は、スプライン部１０ｓに嵌合される内径ｄ_１と、標準のメカニカルシールが使用可能な外径Ｄと、この外径Ｄにより拡径されて標準のＯリングが使用可能な内径ｄ_２とを有するように成形されている。具体的には、スリーブ６１は外径Ｄを有する標準品の薄肉パイプを用いており、スリーブ６１の一端部はスプライン部１０ｓに嵌合されるように内径ｄ_１に縮管され、スリーブ６１の他端部は市販のＯリング６５が使用できるように内径ｄ_２に拡管されている。

ところで、スリーブ６１は、外径がｄ_１〜ｄ_２近傍の間の径の薄肉パイプから拡管・縮管を行い成形される。
例えば、素材径がｄ_１〜Ｄの間の場合、ｄ_１部は縮管、Ｄおよびｄ_２部は拡管となる。また、素材径がＤ〜ｄ_２の場合、ｄ_１部およびＤ部は縮管でｄ_２部は拡管成形となる。いずれにせよ、ｄ_１内径は主軸径に嵌め合い、Ｄ外径はメカニカルシール内径に、ｄ_２内径は市販のＯリング６５が使用できるように成形している。

そして、スリーブ６１は、一端が位置決め部材５５に当接し、他端がスプライン部１０ｓに設けた溝１０ｇに装着されたＣ形リング６４に当接することにより、位置決めされている。なお、スプライン部１０ｓには、メカニカルシール１２の回転側部材の端部を覆うリング状部材６６が装着されている。

本発明によれば、ポンプ軸１０のスプライン部１０ｓを覆うように薄肉パイプからなるスリーブ６１を設け、このスリーブに標準のメカニカルシールを装着することができ、またスリーブ６１の内周とポンプ軸１０の外周との間の隙間を密封するために市販のＯリング６５を使用することができる。

次に、図１乃至図４に示す多段ポンプの作用を簡単に説明する。
ポンプの運転時に吸込口２ａから吸い込まれた液体は、吸込ケーシング２内に導入され、吸込ケーシング２内の１段目の羽根車１１により昇圧される。１段目の羽根車１１から吐出された液体は、吸込板３０と側板３２との間に挟み込まれた戻し羽根３４により形成される流路を通って、中間ケーシング１内の次段の羽根車１１の吸込部に導かれる。このようにして、液体は各段の羽根車１１により昇圧され、各段の戻し羽根３４により形成される流路を通過する間に圧力を回復し、最終段の羽根車１１により昇圧され、ポンプヘッド３の吐出口３ａから外部に吐出される。なお、上述した実施形態は横型の多段モータポンプについて説明したものであるが、本発明のモータポンプは縦型のポンプとしても用いることができる。

本発明の一実施形態における横型の多段モータポンプを示す縦断面図である。図１に示す中間ケーシング付近の構造を示す部分拡大図である。中間ケーシングの内部を示す図であり、図２のIII矢視図である。図１の要部拡大断面図である。

符号の説明

１中間ケーシング
２吸込ケーシング
２ａ吸込口
２ｆ，４０ｆフランジ
２ｈボルト孔
３ポンプヘッド
３ａ吐出口
３ｃ軸受ハウジング部
４主軸
８ケーシングボルト
１０ポンプ軸
１０ｇ溝
１０ｓスプライン部
１１羽根車
１２メカニカルシール
２１側面部
２１ａ軸方向端面
２２突出部
２３段平面部
２４段側面部
２５底面部
２６縁部
２７Ｏリング
２８ライナリング
３０吸込板
３０ａ端面
３２側板
３４戻し羽根
３６バッフル
３６ａ溝
４０モータ
４１モータ軸
４１ｓ段部
４２モータケーシング
４３ステータ
４４回転子
４５ファン
４６モータフレーム
４７エンドカバー
４８，４９軸受
５１止め輪
５２ベアリングプレート
５３水切リング
５５位置決め部材
５５ａ端面
６０ボルト
６１スリーブ
６２回転側部材
６３固定側部材
６４Ｃ形リング
６５Ｏリング
６６リング状部材

Claims

電動機軸とポンプ軸からなる主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、
該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングとを備えたモータポンプにおいて、
前記ポンプ軸は羽根車を保持するスプライン部を有し、前記電動機軸と前記ポンプ軸との接合部にある段差に位置決めされる位置決め部材を設け、
前記スプライン部および前記位置決め部材に嵌合される薄板のスリーブを設け、
該スリーブにメカニカルシールの回転側部材を保持し、該スリーブとポンプ軸との間の間隙にＯリングを装着したことを特徴とするモータポンプ。
前記スリーブは、前記主軸のスプライン部に設けた溝に取り付けられているリング状部材で位置決めされることを特徴とする請求項１記載のモータポンプ。
前記スリーブにおける前記スプライン部に嵌合される部分、前記位置決め部材に嵌合される部分、および前記メカニカルシールの回転側部材を保持する部分の少なくとも１つは、縮管又は拡管成形されていることを特徴とする請求項１または２記載のモータポンプ。