JP7159896B2 - 水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、水中ポンプに関するものである。

従来、メカニカルシールを備える水中ポンプが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、回転軸を介してポンプ室に配置された羽根車を回転させるモータと、ポンプ室とモータとの間のオイル室に配置されたメカニカルシールと、ポンプ室に液体を流入させる吸込口とを備える水中ポンプが開示されている。吸込口は、羽根車の直下（回転軸の軸方向において羽根車のモータ側とは反対側）に配置されている。水中ポンプは、吸込口から液体を流入させるために、羽根車を回転させることにより、羽根車の吸込口側を負圧にするとともに、羽根車の吸込口側とは反対側（メカニカルシール側）を加圧状態（正圧）にするように構成されている。

特開２００２－３１００９１号公報

しかしながら、上記特許文献１の水中ポンプでは、羽根車の吸込口側とは反対側（メカニカルシール側）が加圧状態（正圧）になることに起因して、ポンプ室側からオイル室側の方向に、メカニカルシールの摺動部を押すような圧力が加わることによって、ポンプ室からオイル室への浸水が生じやすくなっているという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ポンプ室からオイル室への浸水を抑制することが可能な水中ポンプを提供することである。

この発明の一の局面による水中ポンプは、モータと、ポンプ室に液体を流入させる吸込口と、モータにより回転駆動される回転軸に取り付けられた基部と、回転軸の軸方向において基部の吸込口側に設けられたブレード部とを含み、ポンプ室に配置された羽根車と、回転軸の回転に伴い摺動する摺動部を含み、ポンプ室とモータとの間のオイル室に配置されたメカニカルシールと、軸方向の幅が一定でかつ、軸方向と直交する方向に吸込口から回転軸側の端部まで直線状に延びる吸込み流路を形成する、リブ部と、を備え、吸込口は、軸方向に交差する方向からポンプ室に液体を流入させるように構成されており、軸方向において、羽根車よりもメカニカルシールに近い位置に配置され、軸方向において、吸込口の上端は、メカニカルシールの下端よりも下方側に配置され、軸方向と直交する方向において、リブ部の回転軸側の端部は、ブレード部の回転軸側の端部よりも吸込口側に配置されている。

この発明の一の局面による水中ポンプでは、上記のように構成することによって、回転軸の軸方向において、メカニカルシールと羽根車との間の吸込口から液体をポンプ室に流入させるとともに、羽根車によりメカニカルシールから離れる方向に液体を流すことができる。すなわち、従来のような吸込口が羽根車の直下に配置されている場合とは逆で、羽根車のメカニカルシール側を負圧として液体を羽根車側に流すとともに、羽根車のメカニカルシール側とは逆側を加圧状態（正圧）にすることができる。これにより、ポンプ室側からオイル室側の方向に、メカニカルシールの摺動部を押すように圧力が加わることを抑制することができるので、ポンプ室からオイル室への浸水を抑制することができる。なお、軸方向において、吸込口が羽根車よりもメカニカルシールに近い位置に配置されているので、ポンプ室の加圧状態となる領域からメカニカルシールをより離間させることができるので、効果的に、ポンプ室からオイル室への浸水を抑制することができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、ポンプ室のうちのオイル室側の部分は、羽根車の回転により負圧になるように構成されている。このように構成すれば、羽根車の回転により発生する負圧により、ポンプ室側からオイル室側の方向に、メカニカルシールの摺動部を押すように圧力が加わることを抑制することができる。このため、ポンプ室からオイル室への浸水を抑制することができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、ポンプ室から液体を流出させる吐出口をさらに備え、吸込口は、軸方向において、吐出口とは重ならない位置に配置されている。このように構成すれば、軸方向において、吸込口が吐出口と重なる位置にある場合と比較して、吸込口から流入した液体に対して、メカニカルシールから離間する方向（羽根車に向かう軸方向）の流れを効果的に発生させることができる。すなわち、加圧状態となる領域をメカニカルシールからより離間した位置に発生させることができる。その結果、ポンプ室からオイル室への浸水をより効果的に抑制することができる。

この場合、好ましくは、吸込口は、軸方向において、吐出口よりもメカニカルシールに近い位置に配置されている。このように構成すれば、加圧状態となる領域をメカニカルシールから一層離間した位置に発生させることができるので、ポンプ室からオイル室への浸水を一層抑制することができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、吸込口の開口面積は、軸方向に直交する回転軸の断面の面積よりも大きい。このように構成すれば、比較的大きな吸込口の開口面積を確保することができるので、ポンプ室に効果的に液体を流入させることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、吸込口の開口面積は、ブレード部の吸込口側の端部における内径の内側領域の面積と略同じ大きさである。このように構成すれば、羽根車の仕様に適した量の液体を吸込口から流入させることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、ポンプ室から液体を流出させる吐出口をさらに備え、吸込口および吐出口は、それぞれ、回転軸の一方側および他方側に配置されている。このように構成すれば、吸込口および吐出口が回転軸の同じ側に配置されている場合と比較して、回転軸の軸方向から見て、吸込口、羽根車、吐出口の順に流れる液体の向きが大きく変わるのを抑制することができる。すなわち、ポンプ室において効率的に液体を流すことができる。

本発明によれば、上記のように、ポンプ室からオイル室への浸水を抑制することが可能な水中ポンプを提供することができる。

一実施形態による水中ポンプの断面形状を示した模式的な側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［実施形態］
（水中ポンプの構成）
図１を参照して、本発明の実施形態の水中ポンプ１００について説明する。

図１に示すように、水中ポンプ１００は、モータ１と、回転軸２と、ポンプ室３と、羽根車４と、オイル室５と、メカニカルシール６とを備えている。また、水中ポンプ１００は、ポンプ室３に液体を流入させる吸込口７と、ポンプ室３から液体を流出させる吐出口８とを備えている。水中ポンプ１００は、回転軸２が上下方向に延びる縦型の水中ポンプである。

なお、各図において、回転軸２の軸方向、すなわち、上下方向をＺ方向として示している。また、Ｚ方向のうち、上方をＺ１方向、下方をＺ２方向として示している。

モータ１は、外部からの水が浸入しないように、密閉されている。また、モータ１は、回転軸２を介して回転軸２に接続される羽根車４を回転駆動させるように構成されている。詳細には、モータ１は、固定子１１と、回転子１２とを含んでいる。固定子１１は、回転子１２の外側（外周側）に配置されている。固定子１１は、コイル（図示せず）を有している。また、固定子１１は、ケーブルＣから電力が供給されることにより、磁界を発生させるように構成されている。回転子１２は、回転軸２に取り付けられ、固定子１１と対向するように固定子１１の内側（内周側）に配置されている。すなわち、モータ１は、インナーロータモータである。また、回転子１２は、固定子１１からの磁界により回転軸２と共に回転するように構成されている。そして、回転子１２は、回転軸２を介して羽根車４を回転駆動させるように構成されている。

回転軸２は、モータ１の駆動により回転するように構成されている。また、回転軸２は、モータ１の駆動力（トルク）を羽根車４に伝えるように構成されている。また、回転軸２は、ベアリング２１および２２により回転可能に支持されている。また、回転軸２は、モータ１からオイル室５を貫通してポンプ室３まで延びるように配置されている。また、回転軸２のモータ１側の端部（Ｚ１方向側端部）とは逆側の端部（Ｚ２方向側端部）には、羽根車４が取り付けられている。

ポンプ室３には、羽根車４が配置されている。ポンプ室３は、羽根車４の回転駆動に伴って、吸込口７から液体が流入するとともに、吐出口８から液体が流出するように構成されている。

羽根車４は、モータ１により回転駆動される回転軸２に取り付けられている。羽根車４は、基部４１と、ブレード部４２とを含んでいる。

基部４１は、回転軸２に取り付けられており、回転軸２とともに回転するように構成されている。基部４１は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）に直交する方向に延びる円板形状を有している。ブレード部４２は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において基部４１の吸込口７側（Ｚ１方向側）に設けられている。ブレード部４２は、単一または複数の羽根により構成されている。

羽根車４は、回転駆動することにより、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、羽根車４の吸込口７側（Ｚ１方向側）の付近に負圧を発生させるように構成されている。同時に、羽根車４は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、羽根車４の吸込口７側とは逆側（Ｚ２方向側）の付近に正圧を発生させるように構成されている。すなわち、羽根車４は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、羽根車４の吸込口７側とは逆側（Ｚ２方向側）の付近を加圧状態にするように構成されている。これにより、羽根車４は、吸込口７から流入した流体を引き込むとともに、吐出口８に向けた流れを発生させている。したがって、ポンプ室３のうちのオイル室５側の部分は、羽根車４の回転により負圧になるように構成されている。

なお、上記負圧および正圧とは、それぞれ、羽根車４と略同等の水深における静水圧を基準水圧として、負圧および正圧であることを意味している。また、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、羽根車４の吸込口７側（Ｚ１方向側）とは、羽根車４のオイル室５側（メカニカルシール６側）である。

オイル室５は、ポンプ室３とモータ１との間に配置されている。オイル室５には、オイルが充填されている。オイル室５には、メカニカルシール６が配置されている。

メカニカルシール６は、回転軸２の回転に伴い摺動する摺動部６ａおよび６ｂと、固定部材６１と、回転部材６２と、バネ６３とを含んでいる。

摺動部６ａは、メカニカルシール６の反負荷側、すなわち、オイル室５のモータ１側（上方側）に設けられている。したがって、摺動部６ａは、オイル室５のオイルがモータ１（モータ室）側に流入するのを抑制している。

摺動部６ｂは、メカニカルシール６の負荷側、すなわち、オイル室５のポンプ室３側（Ｚ２方向側）に設けられている。したがって、摺動部６ｂは、ポンプ室３の液体がオイル室５に流入するのを抑制している。

固定部材６１は、オイル室５の内壁に固定されている。また、固定部材６１は、回転軸２を囲むように円環状に形成されている。回転部材６２は、回転軸２に取り付けられている。つまり、回転部材６２は、回転軸２とともに回転するように構成されている。また、回転部材６２は、回転軸２を囲むように円環状に形成されている。また、回転部材６２は、バネ６３により、固定部材６１側に付勢されている。固定部材６１および回転部材６２は、回転軸２の軸方向に対向するように配置されている。

固定部材６１および回転部材６２は、それぞれ、固定部材６１と回転部材６２との間に、摺動面６１１および６２１を有している。つまり、摺動部６ａおよび６ｂでは、固定部材６１の摺動面６１１と、回転部材６２の摺動面６２１とが、互いに摺動するように構成されている。また、摺動面６１１および６２１の間には、オイル室５内のオイルがわずかに入るように構成されている。これにより、摺動面６１１および６２１が潤滑されるとともに、摺動部６ａおよび６ｂ（オイル室５）がシールされるように構成されている。

吸込口７（吸込流路）は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）に交差する方向からポンプ室３に液体を流入させるように構成されている。吸込口７は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、羽根車４よりもメカニカルシール６に近い位置（Ｚ１方向側の位置）に配置されている。すなわち、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、吸込口７の上端とメカニカルシール６の下端との間の距離Ｄ１は、吸込口７の下端と羽根車４の上端（後述するブレード部４２の端部４２ａ）との間の距離Ｄ２の距離よりも小さい。

また、吸込口７は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、吐出口８とは重ならない位置に配置されている。さらに、吸込口７は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）において、吐出口８よりもメカニカルシール６に近い位置（Ｚ１方向側の位置）に配置されている。

吸込口７の流路断面（図１の破線部分）は、円形状に形成されている。吸込口７の開口面積Ｓ１は、回転軸２の軸方向（Ｚ方向）に直交する回転軸２の断面の面積Ｓ２よりも大きい。なお、吸込口７の開口面積Ｓ１は、吐出口８の開口面積と略同じ大きさを有している。さらに、吸込口７の開口面積Ｓ１は、ブレード部４２の吸込口７側（Ｚ１方向側）の端部４２ａにおける内径（羽根車４の液体の取込口）の内側領域の面積Ｓ３と略同じ大きさである。

吸込口７および吐出口８は、それぞれ、回転軸２の一方側および他方側に配置されている。すなわち、吸込口７および吐出口８は、回転軸２を挟み込むように配置されており、平面視で（Ｚ方向から見て）、吸込口７と吐出口８との中心線（図示せず）は、略同一直線上に配置されている。

水中ポンプ１００には、吸込口７に沿って、ポンプ室３を形成する筐体の内表面から内方に突出するように延びるリブ部９が、吸込口７の羽根車４側に設けられている。リブ部９は、吸込口７から流入した液体を、羽根車４近傍に到達する前に、回転軸２近傍に導いている。このリブ部９により、水中ポンプ１００は、羽根車４の略直上（Ｚ１方向側）から羽根車４に向けた液体の流れをポンプ室３に発生させている。

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、回転軸２の軸方向において、メカニカルシール６と羽根車４との間の吸込口７から液体をポンプ室３に流入させるとともに、羽根車４によりメカニカルシール６から離れる方向に液体を流すことができる。すなわち、従来のような吸込口７が羽根車４の直下に配置されている場合とは逆で、羽根車４のメカニカルシール６側を負圧として液体を羽根車４側に流すとともに、羽根車４のメカニカルシール６側とは逆側を加圧状態（正圧）にすることができる。これにより、ポンプ室３側からオイル室５側の方向に、メカニカルシール６の摺動部６ｂを押すように圧力が加わることを抑制することができるので、ポンプ室３からオイル室５への浸水を抑制することができる。なお、軸方向において、吸込口７が羽根車４よりもメカニカルシール６に近い位置に配置されているので、ポンプ室３の加圧状態となる領域からメカニカルシール６をより離間させることができるので、効果的に、ポンプ室３からオイル室５への浸水を抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、ポンプ室３のうちのオイル室側の部分は、羽根車４の回転により負圧になるように構成されている。これにより、羽根車４の回転により発生する負圧により、ポンプ室３側からオイル室５側の方向に、メカニカルシール６の摺動部６ｂを押すような圧力が加わることを抑制することができる。このため、ポンプ室３からオイル室５への浸水を抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、ポンプ室３から液体を流出させる吐出口８をさらに備え、吸込口７は、軸方向において、吐出口８とは重ならない位置に配置されている。これにより、軸方向において、吸込口７が吐出口８と重なる位置にある場合と比較して、吸込口７から流入した液体に対して、メカニカルシール６から離間する方向（羽根車４に向かう軸方向）の流れを効果的に発生させることができる。すなわち、加圧状態となる領域をメカニカルシール６からより離間した位置に発生させることができる。その結果、ポンプ室３からオイル室５への浸水をより効果的に抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、吸込口７は、軸方向において、吐出口８よりもメカニカルシール６に近い位置に配置されている。これにより、加圧状態となる領域をメカニカルシール６から一層離間した位置に発生させることができるので、ポンプ室３からオイル室５への浸水を一層抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、吸込口７の開口面積は、軸方向に直交する回転軸２の断面の面積よりも大きい。これにより、比較的大きな吸込口７の開口面積を確保することができるので、ポンプ室３に効果的に液体を流入させることができる。

本実施形態では、上記のように、吸込口７の開口面積は、ブレード部４２の吸込口７側の端部４２ａにおける内径の内側領域の面積と略同じ大きさである。これにより、羽根車４の仕様に適した量の液体を吸込口７から流入させることができる。

本実施形態では、上記のように、ポンプ室３から液体を流出させる吐出口８をさらに備え、吸込口７および吐出口８は、それぞれ、回転軸２の一方側および他方側に配置されている。これにより、吸込口７および吐出口８が回転軸２の同じ側に配置されている場合と比較して、回転軸２の軸方向から見て、吸込口７、羽根車４、吐出口８の順に流れる液体の向きが大きく変わるのを抑制することができる。すなわち、ポンプ室３において効率的に液体を流すことができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、吸込口の形状を円形にした例を示したが本発明はこれに限らない。本発明では、吸込口の形状を矩形状などの円形以外の形状としてもよい。

また、上記実施形態では、回転軸の軸方向において、吐出口と吸込口とが互いに重ならないように構成した例を示したが本発明はこれに限らない。本発明では、吐出口と吸込口とが互いに重なっていてもよい。

また、上記実施形態では、吸込口と吐出口との中心線（図示せず）は、平面視で（Ｚ方向から見て）、略同一直線上に配置されている例を示したが本発明はこれに限らない。本発明では、平面視で（Ｚ方向から見て）異なる直線上に配置されていてもよい。したがって、たとえば、平面視で（Ｚ方向から見て）、吸込口と吐出口とは重なるように配置されていてもよい。

また、吸込口の開口面積は、上記実施形態において説明したものに限られない。

また、上記実施形態では、回転軸が上下方向に延びるように配置された縦型の水中ポンプに本発明を適用する例を示したが本発明はこれに限らない。回転軸が水平方向に延びるように配置された横型の水中電動ポンプに本発明を適用してもよい。この際、吸込口は下方側に配置するのが好ましい。

１ モータ
２ 回転軸
３ ポンプ室
４ 羽根車
５ オイル室
６ メカニカルシール
６ａ、６ｂ 摺動部
７ 吸込口
８ 吐出口
４１ 基部
４２ ブレード部
４２ａ （ブレード部の吸込口側の）端部
１００ 水中ポンプ

Claims (7)

1. モータと、
   ポンプ室に液体を流入させる吸込口と、
   前記モータにより回転駆動される回転軸に取り付けられた基部と、前記回転軸の軸方向において前記基部の前記吸込口側に設けられたブレード部とを含み、前記ポンプ室に配置された羽根車と、
   前記回転軸の回転に伴い摺動する摺動部を含み、前記ポンプ室と前記モータとの間のオイル室に配置されたメカニカルシールと、
   前記軸方向の幅が一定でかつ、前記軸方向と直交する方向に前記吸込口から前記回転軸側の端部まで直線状に延びる吸込み流路を形成する、リブ部と、を備え、
   前記吸込口は、前記軸方向に交差する方向から前記ポンプ室に液体を流入させるように構成されており、前記軸方向において、前記羽根車よりも前記メカニカルシールに近い位置に配置され、
   前記軸方向において、前記吸込口の上端は、前記メカニカルシールの下端よりも下方側に配置され、
   前記軸方向と直交する方向において、前記リブ部の前記回転軸側の端部は、前記ブレード部の回転軸側の端部よりも前記吸込口側に配置されている、水中ポンプ。
2. 前記ポンプ室のうちの前記オイル室側の部分は、前記羽根車の回転により負圧になるように構成されている、請求項１に記載の水中ポンプ。
3. 前記ポンプ室から液体を流出させる吐出口をさらに備え、
   前記吸込口は、前記軸方向において、前記吐出口とは重ならない位置に配置されている、請求項１または２に記載の水中ポンプ。
4. 前記吸込口は、前記軸方向において、前記吐出口よりも前記メカニカルシールに近い位置に配置されている、請求項３に記載の水中ポンプ。
5. 前記吸込口の開口面積は、前記軸方向に直交する前記回転軸の断面の面積よりも大きい、請求項１～４のいずれか１項に記載の水中ポンプ。
6. 前記吸込口の開口面積は、前記ブレード部の前記吸込口側の端部における内径の内側領域の面積と略同じ大きさである、請求項１～５のいずれか１項に記載の水中ポンプ。
7. 前記ポンプ室から液体を流出させる吐出口をさらに備え、
   前記吸込口および前記吐出口は、それぞれ、前記回転軸の一方側および他方側に配置されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の水中ポンプ。

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