JP6157302B2

JP6157302B2 - 竪型電動ポンプのモータ冷却装置

Info

Publication number: JP6157302B2
Application number: JP2013212775A
Authority: JP
Inventors: 福田　正彦; 正彦福田; 弘泰三好
Original assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: JP2015075051A

Description

本発明は、竪型電動ポンプのモータ冷却装置に関するものである。

モータの発熱を阻止するため、モータフレーム内を油封構造とすることは公知である。

そして、この油封構造のモータを用いた電動ポンプは、モータ部が清水中に没した状態で使用されればモータ冷却上問題はないが、実際問題として殆どの使用状況では、モータフレームの表面にスケールや汚泥等が付着して冷却機能が阻害され、たとえ清水中で使用する場合でも、低水位の残水排水時にはモータフレームが気中に露出して冷却機能を喪失したり、或いは陸上で中継用ポンプとして使用した場合にも、全く冷却機能を有しないことになり、モータ発熱により封入された油が著しく劣化されることからも、安定した冷却機能の確保が難しい。（例えば、特許文献１の明細書第２頁第６行目から第３頁第２行目参照。）

従来は、油封構造のモータを用いた電動ポンプにおけるモータの発熱を抑えるための方策として、ポンプ負荷に比べて余裕のある大容量のモータを使用しなければならないことに加えて、水に比べて油の熱伝導率が低いため冷却能力が低いことから、大きな熱交換機が必要となり、それが製品の大型化、高コストの要因となっていることは周知の通りである。

更に、前記従来の油封構造のモータを用いた電動ポンプの改良技術として、油が封入されたモータフレーム内に熱交換用の環状の冷却ジャケットを内装し、供給管でポンプ部の吐出側の吐出液体を該冷却ジャケット内に流入させ、排出管によって該冷却ジャケット内からポンプ吸込側の低圧部へ該吐出液体を吸水排出し、モータ軸内に穿設された透孔によってモータ軸上部から吸込まれた油を、該モータ軸に張設固定された羽根によって、該環状の冷却ジャケット内側に冷却媒体の油を強制的に噴流させて熱交換させることで冷却された、モータフレーム内の冷却媒体の油を下から上方向へ循環対流させて、冷却機能を向上するように構成さている。（例えば、特許文献１の図および請求の範囲等参照。）

しかしながら、最も一般的に使用されている封油していない乾式のモータと比べて、前記従来およびその改良技術は共に、モータ内部に冷却媒体の油を封入した湿式の油封モータであることから、モータの駆動回転時においては封入された粘性の大きな油が、主軸を内装する回転子の回転抵抗となってモータ効率を低下させることに加えて、本来モータ効率を向上させるために回転子外周と固定子内周間の間隙であるエアーギャップを、可能な限り近接させるように構成されるが、上記従来品においては冷却機能の確保ために、エアーギャップを広く構成することで、冷却媒体の油の循環対流を向上させなければならないことから、更にモータ効率が低下すると共に、特に従来改良技術においては構造が複雑となり、コストが嵩むばかりか、汚物等の異物が含まれる汚水揚水用のポンプ仕様では、冷却源である汚水が熱交換器の冷却ジャケットに接続する供給管や排出管内或いは冷却ジャケット内で異物閉塞を招来し、冷却機能の確保が出来ないという重大な問題を有している。

実開昭５６-１３６４７３号公報

本発明の目的は、封油の劣化による頻繁な封油の交換も必要とせず、また、モータを大型化させる油封構造を採用することなく、ローコストに生産し得られ、且つ、モータフレームの表面にスケールや汚泥等が付着したり、或いはモータフレームが気中に露出した状態で使用される場合でも、信頼性が高く有効に機能する竪型電動ポンプのモータ冷却装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は以下のような構成にしたものである。

本発明に係る請求項１記載の竪型電動ポンプのモータ冷却装置では、固定子とモータ軸を嵌装した回転子を内装するモータフレームおよび、モータフレームの上面に定着されて該モータ軸上端に嵌着される上部軸受によって、モータ軸上部を支承するヘッドカバーと、モータフレームの下面に定着されて該モータ軸下部に嵌着される下部軸受によって、モータ軸下部を支承するベアリングブラケットよりなる乾式モータにおいて、該モータフレームを囲繞し冷却媒体を封入する環状空間を形成する冷却ジャケットを、該ヘッドカバーおよびベアリングブラケット間に介装し、該ベアリングブラケット下端側のモータ軸の貫通部にシール部材を装着し、該シール部材の下端側のモータ軸に冷却循環羽根を嵌挿固定し、該冷却循環羽根を囲繞する循環ケーシングを該ベアリングブラケットの下面に定着し、該循環ケーシングの吸込口から吸込まれた冷却媒体を該冷却循環羽根の遠心作用によって加速し、該循環ケーシングの減速増圧作用によって循環ケーシングの吐出口から、該ベアリングブラケットに開口された導通路を経て、該冷却ジャケット内の環状空間に誘通し、該循環ケーシングの下面と間隔を隔てて冷却媒体を封入する冷却媒体室を形成する、冷却媒体ブラケットを該ベアリングブラケットの下面に定着し、該冷却媒体ブラケットの下面に定着されたオイルケーシング内にメカニカルシールを内装してオイルが封油されたオイル室を形成し、該オイル室内を貫通して該オイルケーシング下端面より導延されたモータ軸先端に羽根車を装着し、該羽根車を囲繞するポンプケーシングを該オイルケーシングの下面に定着し、該ポンプケーシングの吸込口より吸水された揚水を、該ポンプケーシングの吐出口に接続され上方へ導延された吐出管の外周を冷却管で囲繞し、該冷却管の上部外周に冷却ジャケット内から冷却媒体を冷却管内に導通する上部連通管を設け、該冷却管の下部外周に冷却された冷却媒体を冷却媒体ブラケット内に導通する下部連通管を設け、該冷却媒体室内の該循環ケーシングの吸込口から吸込まれた冷却媒体は、再び冷却循環羽根の遠心作用と循環ケーシングの減速増圧作用により、再度冷却媒体を循環ケーシングの吐出口からベアリングブラケットに開口された導通路を経て、冷却ジャケット内の環状空間に誘通し、該冷却媒体を強制的に循環対流させることで、モータ発熱を効率よく吸熱低下させるように熱交換部を構成したことを最も主要な特徴とする。

本発明に係る請求項１記載の竪型電動ポンプのモータ冷却装置において、本発明の請求項２に係る発明では、前記冷却ジャケット内の環状空間に冷却媒体を旋回誘通させる冷却案内羽根を付設し、該冷却案内羽根による旋回上昇流の作用によってモータフレーム外周面からのモータ発熱を効率よく吸熱低下させるように熱交換部を構成している。

また、本発明に係る請求項１または２記載の竪型電動ポンプのモータ冷却装置において、本発明の請求項３に係る発明では、前記上部連通管の連通による前記冷却ジャケット内から前記冷却管内へ流入する冷却媒体が、該冷却ジャケット内周の接線方向から該冷却管内周の接線方向へ円滑に旋回流下するように該上部連通管を付設すると共に、該冷却管内周の接線方向から前記冷却媒体ブラケット内周の接線方向へ円滑に流出するように、前記下部連通管を付設することで、前記吐出管内の揚水の冷却作用により、該冷却管で囲繞された該吐出管の外周面から、モータ発熱を吸熱した冷却媒体を効率よく吸熱低下させるように熱交換部を構成している。

本発明の竪型電動ポンプのモータ冷却装置によれば、モータ部下端のベアリングブラケット下面とポンプ部上端のオイルケーシング上面間に、油よりも粘性の低い熱伝導率の高い例えば水などの冷却液を冷却媒体として強制循環させることで、モータフレームを囲繞する冷却ジャケット内の環状空間に付設された冷却案内羽根による旋回上昇流の作用によって、該冷却媒体の流れがモータフレーム外周面を螺旋状に旋回しながら上昇循環されるので、吸熱対流の接触面積や時間が拡大されることにより、モータの発熱が効率よく吸熱除去されることでモータの発熱を抑制する。

そして次に、その冷却媒体は冷却ジャケット内周の接線方向から上部連通管を介して、ポンプ吐出揚水を排水するための吐出管外壁を囲繞する冷却管内周の接線方向へ円滑に旋回流下される、熱交換部の吐出管内を流通するポンプ吐出揚水へ熱交換させることで冷却媒体が効率よく冷却され、その冷却された冷却媒体は該冷却管下方の内周の接線方向から下部連通管を介して、冷却媒体ブラケット内周の接線方向へ円滑に返送循環されることで、効率よく再循環冷却機能が維持される。

更に、前記冷却された冷却媒体をモータ冷却に再使用させるために、循環ケーシングと循環羽根が内装される冷却媒体ブラケットをモータ部とポンプ部間に介装することで、循環冷却機能を司る冷却機能部をコンパクトに設けることができる。

更にまた、前記コンパクトに設けられた冷却機能部が、モータ部やポンプ部とは隔絶された密閉状態の冷却媒体の強制循環路に形成されていることで、機外の外部状況の影響を受けることなく、異物等の混入のない安定した冷却環境下において効率のよい熱交換による冷却効果を得ることができる。

従って、前記効果によって異物閉塞のない信頼性の高い安定した冷却機能の確保により、モータを大型化することなく、また煩わしい封油交換作業の必要性もなく、ローコストに生産でき、然もポンプの揚水が可能な気中にモータ部が露出した状態であっても、信頼性の高い安定した冷却機能が確保できると共に、メカニカルシールの上下摺動部の発熱も十分に吸熱冷却されることから、信頼性の高い安定した軸封機能も確保できることに加えて、冷却媒体室の介在によりモータ部内へのオイル室内のオイル昇りによるモータ絶縁の低下などの事故が防止し得られることから、信頼性の高い有効に機能する竪型電動ポンプのモータ冷却装置を提供することができる。

本発明の実施例１ないし３の竪型電動ポンプのモータ冷却装置の構成を示した縦断側面図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿った、冷却媒体の循環供給を司る循環ケーシングと導通路の部分を示した部分断面図である。図１におけるＢ−Ｂ線に沿った、モータ部からの連通状態と、その連通に伴う冷却媒体の冷却を司る吐出管と冷却管の部分を示した部分断面図である。

本発明の竪型電動ポンプのモータ冷却装置の実施の形態を実施例に基づき、添付図面の図１ないし図３を参照して詳細に説明するが、この実施例の形態によりこの発明が限定されるものでない。

図１ないし図３において、１は電源ケーブルの給電により駆動する竪型電動ポンプの乾式モータであり、２は該乾式モータの外郭を構成するモータフレーム、３はモータフレーム２内に嵌着される固定子であり、該固定子３内周と間隙(エアーギャップ)を隔てて回転駆動する回転子４であり、該回転子４内周にモータ軸５を嵌装し、該モータフレーム２の上面に定着されて該モータ軸５上端に嵌着される上部軸受６ｕによって、モータ軸５上部を支承するヘッドカバー７と、モータフレーム２の下面に定着されて該モータ軸５下部に嵌着される下部軸受６dによって、モータ軸５下部を支承するベアリングブラケット８よりなる該乾式モータ１において、冷却に用いる冷却媒体９は絶縁低下に有効な絶縁油としてもよいが、油よりも粘性の低い熱伝導率の高い例えば水などの冷却液を用いることが望ましく、該モータフレーム２を囲繞し該冷却媒体９を封入する環状空間を形成する冷却ジャケット１０を、該ヘッドカバー７およびベアリングブラケット８間に介装し、該ベアリングブラケット８下端側のモータ軸５の貫通部にメカニカルシールやリップタイプなどのシール部材１１を装着し、該シール部材１１の下端側のモータ軸５に冷却循環羽根１２を嵌挿固定し、該冷却循環羽根１２を囲繞する循環ケーシング１３を該ベアリングブラケット８の下面に定着し、該循環ケーシング１３の吸込口１３ｓから吸込まれた冷却媒体９を該冷却循環羽根１２の遠心作用によって加速し、該循環ケーシング１３の減速増圧作用によって循環ケーシング１３の吐出口１３ｄから、該ベアリングブラケット８に開口された導通路１４を経て、該冷却ジャケット内の環状空間に誘通し、該循環ケーシング１３の下面と間隔を隔てて冷却媒体９を封入する冷却媒体室１６を形成する、冷却媒体ブラケット１７を該ベアリングブラケット８の下面に定着し、該冷却媒体ブラケット１７の下面に定着されたオイルケーシング１８内にメカニカルシール１９を内装してオイルが封油されたオイル室２０を形成し、該オイル室２０内を貫通して該オイルケーシング１８下端面に異物の侵入を防止する補助シールを設けることが望ましく、更に貫通導延されたモータ軸５先端に羽根車２１を装着し、該羽根車２１を囲繞するポンプケーシング２２を該オイルケーシング１８の下面に定着し、該ポンプケーシングの吸込口２２ｓより吸水された揚水を、該ポンプケーシングの吐出口２２ｄに接続され上方へ導延された吐出管２３の外周を冷却管２４で囲繞し、該冷却管２４の上部外周に冷却ジャケット１０内から冷却媒体９を冷却管２４内に導通する上部連通管２５と、該冷却管２４の下部外周に冷却された冷却媒体９を冷却媒体ブラケット１７内に導通する下部連通管は、可撓性を有した可撓管として接続具で接続するように設けられることが望ましく、また該冷却媒体室１６内の該循環ケーシングの吸込口１３ｓから吸込まれた冷却媒体９は、再び冷却循環羽根１２の遠心作用と循環ケーシング１３の減速増圧作用により、再度冷却媒体を循環ケーシングの吐出口１３ｄからベアリングブラケット８に開口された導通路１４を経て、冷却ジャケット１０内の環状空間に誘通され、該冷却媒体を強制的に循環対流させることで、安定してモータ発熱を効率よく吸熱低下させるように熱交換部を構成している。

前記実施例１に基づいて、例えば図1ないし図３を用いて説明すると、前記冷却ジャケット１０内の環状空間に前記冷却媒体９を旋回誘通させる冷却案内羽根１５を付設し、望ましくは前記導通路１４の直上に付設するか、或いは該冷却案内羽根１５に換えて該導通路１４の出口側に３０°や４５°エルボ等の曲管材を取付けて(図示せず)上傾斜方向に冷却媒体が噴流案内させるよう構成されていればよく、該冷却ジャケット１０内の旋回上昇流の作用によって、該冷却媒体９の流れがモータフレーム２外周面を螺旋状に旋回しながら上昇循環されることで、吸熱対流の接触面積や時間が拡大されることから、モータ発熱を効率よく吸熱低下させるように熱交換部が構成されている。

前記実施例１または２に基づいて、例えば図1ないし図３を用いて説明すると、前記上部連通管２５の連通による前記冷却ジャケット１０内から前記冷却管２４内へ流入するモータ発熱を吸熱した冷却媒体９が、該冷却ジャケット１０内周の接線方向から該冷却管２４内周の接線方向へ円滑に旋回流下するように該上部連通管２５を付設されていることから、該冷却媒体９の流れが前記吐出管２３外周面を螺旋状に旋回しながら流下循環されることで、放熱対流の接触面積や時間が拡大されることから、熱交換部の吐出管内を流通するポンプ吐出揚水へ熱交換させることで冷却媒体９が効率よく冷却されると共に、該冷却管２４内周の接線方向から前記冷却媒体ブラケット１７内周の接線方向へ円滑に流出するように、前記下部連通管２６を付設することで、冷却された冷却媒体９をモータ冷却に再使用させるために、前記循環ケーシング１３と前記循環羽根１２が内装される該冷却媒体ブラケット１７内への該冷却媒体９の流入を乱すことなく円滑に返送循環されることで、効率よく再循環冷却機能が維持されるように構成されている。

本発明は、例えばモータ部分が気中に露出する、ライン中継或いは低水位などの揚水運転や、建築物その他の設備から生じる汚水や雑排水を処理する設備排水などの異物を含んだ処理水の現場における、乾式水中モータを搭載した竪型電動ポンプにより所定の目的場所への過酷な状況下においても、機器の信頼性が要求される排水などに利用することができる。

１乾式モータ
２モータフレーム
３固定子
４回転子
５モータ軸
６ｄ下部軸受
６ｕ上下部軸受
７ヘッドカバー
８ベアリングブラケット
９冷却媒体
１０冷却ジャケット
１１シール部材
１２冷却循環羽根
１３循環ケーシング
１３ｓ循環ケーシングの吸込口
１３ｄ循環ケーシングの吐出口
１４導通路
１５冷却案内羽根
１６冷却媒体室
１７冷却媒体ブラケット
１８オイルケーシング
１９メカニカルシール
２０オイル室
２１羽根車
２２ポンプケーシング
２２ｄポンプケーシングの吐出口
２２ｓポンプケーシングの吸込口
２３吐出管
２４冷却管
２５上部連通管
２６下部連通管

Claims

固定子とモータ軸を嵌装した回転子を内装するモータフレームおよび、モータフレームの上面に定着されて該モータ軸上端に嵌着される上部軸受によって、モータ軸上部を支承するヘッドカバーと、モータフレームの下面に定着されて該モータ軸下部に嵌着される下部軸受によって、モータ軸下部を支承するベアリングブラケットよりなる乾式モータにおいて、該モータフレームを囲繞し冷却媒体を封入する環状空間を形成する冷却ジャケットを、該ヘッドカバーおよびベアリングブラケット間に介装し、該ベアリングブラケット下端側のモータ軸の貫通部にシール部材を装着し、該シール部材の下端側のモータ軸に冷却循環羽根を嵌挿固定し、該冷却循環羽根を囲繞する循環ケーシングを該ベアリングブラケットの下面に定着し、該循環ケーシングの吸込口から吸込まれた冷却媒体を該冷却循環羽根の遠心作用によって加速し、該循環ケーシングの減速増圧作用によって循環ケーシングの吐出口から、該ベアリングブラケットに開口された導通路を経て、該冷却ジャケット内の環状空間に誘通し、該循環ケーシングの下面と間隔を隔てて冷却媒体を封入する冷却媒体室を形成する、冷却媒体ブラケットを該ベアリングブラケットの下面に定着し、該冷却媒体ブラケットの下面に定着されたオイルケーシング内にメカニカルシールを内装してオイルが封油されたオイル室を形成し、該オイル室内を貫通して該オイルケーシング下端面より導延されたモータ軸先端に羽根車を装着し、該羽根車を囲繞するポンプケーシングを該オイルケーシングの下面に定着し、該ポンプケーシングの吸込口より吸水された揚水を、該ポンプケーシングの吐出口に接続され上方へ導延された吐出管の外周を冷却管で囲繞し、該冷却管の上部外周に冷却ジャケット内から冷却媒体を冷却管内に導通する上部連通管を設け、該冷却管の下部外周に冷却された冷却媒体を冷却媒体ブラケット内に導通する下部連通管を設け、該冷却媒体室内の該循環ケーシングの吸込口から吸込まれた冷却媒体は、再び冷却循環羽根の遠心作用と循環ケーシングの減速増圧作用により、再度冷却媒体を循環ケーシングの吐出口からベアリングブラケットに開口された導通路を経て、冷却ジャケット内の環状空間に誘通し、該冷却媒体を強制的に循環対流させることで、モータ発熱を効率よく吸熱低下させるように熱交換部を構成したことを特徴する、竪型電動ポンプのモータ冷却装置。
請求項１に記載の竪型電動ポンプのモータ冷却装置であって、前記冷却ジャケット内の環状空間に冷却媒体を旋回誘通させる冷却案内羽根を付設し、該冷却案内羽根による旋回上昇流の作用によってモータフレーム外周面からのモータ発熱を効率よく吸熱低下させるように熱交換部を構成したことを特徴する、竪型電動ポンプのモータ冷却装置。
請求項１または２に記載の竪型電動ポンプのモータ冷却装置であって、前記上部連通管の連通による前記冷却ジャケット内から前記冷却管内へ流入する冷却媒体が、該冷却ジャケット内周の接線方向から該冷却管内周の接線方向へ円滑に旋回流下するように該上部連通管を付設すると共に、該冷却管内周の接線方向から前記冷却媒体ブラケット内周の接線方向へ円滑に流出するように、前記下部連通管を付設することで、前記吐出管内の揚水の冷却作用により、該冷却管で囲繞された該吐出管の外周面から、モータ発熱を吸熱した冷却媒体を効率よく吸熱低下させるように熱交換部を構成したことを特徴する、竪型電動ポンプのモータ冷却装置。