JP2005282469A

JP2005282469A - ポンプ用モータの冷却構造

Info

Publication number: JP2005282469A
Application number: JP2004097952A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Araki; 慎一郎荒木
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】メカニカルシールの潤滑液を循環させて、モータを効率よく冷却できるポンプ用モータの冷却構造を提供する。
【解決手段】ポンプは、モータ１を密封したモータフレーム２、モータフレーム２にメカニカルシール室３を介して配設されたポンプケーシング４、羽根車５、モータ１によって駆動されるポンプ主軸６、ポンプ主軸６とメカニカルシール室３とに分割して設けられて、ポンプの自己水Ｗのモータフレーム２内への侵入を防止するメカニカルシール７、メカニカルシール室３内に封入された潤滑液８などを備えており、メカニカルシール７の外側を、潤滑液の流入口１６Ｂと流出口１６Ｄとを有する環状壁体１６で囲み、流出口１６Ｄとモータフレーム２に設けた冷却筒部１９とを連通させ、かつ、冷却筒部１９と流入口１６Ｂとを連通させて潤滑液８を循環させる潤滑液循環系１８を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明はポンプ用モータの冷却構造に関し、たとえば、雨水や汚水などの排水に好適な水中ポンプ用モータの冷却構造に関する。

従来より、雨水や汚水などの排水に好適な水中ポンプとして、図９に示す水中ポンプがある。この水中ポンプは、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にメカニカルシール室３を介して配設されたポンプケーシング４と、このポンプケーシング４内で回転する羽根車５と、この羽根車４が取付けられてモータ１によって駆動されるポンプ主軸６と、このポンプ主軸６とメカニカルシール室３とに分割して設けられて、ポンプケーシング４を通過するポンプの自己水Ｗがモータフレーム２内へ侵入するのを防止するメカニカルシール７と、メカニカルシール室３内に封入された潤滑液８とを備えている。

また、モータフレーム２を取り囲んでウオータジャケット９が設けられ、このジャケット９の下端部に入口１０が設けられ、上端部に出口１１が設けられており、入口１０は通路１２を介して羽根車の背部空間１３に連通し、出口１１は排水管１４を介してポンプケーシング４の吸込口４Ａに連通している（特許文献１）。

前記構成の水中ポンプは、たとえば、マンホールの内部に設置して、モータ１を起動し、ポンプ主軸６と羽根車５を回転させることで、雨水や汚水などを吸込口４Ａからポンプケーシング４に吸込み、吐出口４Ｂから吐出して、図示されていない吐出曲管および排水管を通して排水を行う。

前記吸込口４Ａからポンプケーシング４に吸込まれた雨水や汚水などの一部は、Ｌ字状断面の小さい隙間１５を通って羽根車の背部空間１３に流入する。背部空間１３に流入した雨水や汚水は、羽根車５の背圧によって通路１２と入口１０を通ってウオータジャケット９の下部に供給され、ジャケット９内を上昇して出口１１から排水管１４を通ってポンプケーシング４に戻る。つまり、吸込口４Ａからポンプケーシング４に吸込んだ雨水や汚水などの一部の自己水を冷媒として、ウオータジャケット９を通過させることにより、モータフレーム２を介してモータ１を冷却することができる。したがって、モータフレーム２を水面より突出させた低水位で運転しても、モータ１の蓄熱による過剰な昇温を防止することができる。

特開２００１−３０４１７０号公報

しかし、前記従来の水中ポンプでは、雨水や汚水などの自己水に混入している砂などの小さい固形異物がウオータジャケット９に堆積して、自己水の通過を妨げて、冷却効率を低下させる問題がある。すなわち、砂などの小さい固形異物は自己水とともにＬ字状断面の小さい隙間１５を通って羽根車の背部空間１３に流入し、羽根車５の背圧によって通路１２と入口１０を経てジャケット９の下部に流れ込む。前記通路１２と入口１０は断面積が小さいので、前記固形異物は高い流速で上昇するものの、ウオータジャケット９では断面積が大きくなつて、流速が急激に低下するので固形異物は自重により沈降する。しかも、この種の水中ポンプは、連続運転されるものではなく水位の変動に応じて間欠運転されるため、自重による前記固形異物の沈降が繰り返される。その結果、固形異物がジャケット９に堆積して自己水の通過を妨げて、冷却効率を低下させることになる。このため、ウオータジャケット９を清掃する煩雑な作業が定期的に必要になる。

そこで、メカニカルシール室内に封入されている潤滑液が、ポンプ主軸およびメカニカルシールにおけるシールリングやスプリングなどの回転部分の回転によって回転（共まわり）している挙動に着目し、従来利用されることがなかった潤滑液の回転エネルギーを圧力に変換して循環させ、循環する潤滑液によってモータの冷却を効率よく実行できるポンプ用モータの冷却構造を発明するに至った。

すなわち、本発明は、メカニカルシールの潤滑液を循環させて、モータを効率よく冷却できるポンプ用モータの冷却構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るポンプ用モータの冷却構造は、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にメカニカルシール室を介して配設されたポンプケーシングと、このポンプケーシング内で回転する羽根車と、この羽根車が取付けられて前記モータによって駆動されるポンプ主軸と、このポンプ主軸と前記メカニカルシール室とに分割して設けられて前記ポンプケーシングを通過するポンプの自己水が前記モータフレーム内へ侵入するのを防止するメカニカルシールと、前記メカニカルシール室内に封入された潤滑液とを備えているポンプにおいて、前記メカニカルシールの外側が前記潤滑液の流入口と流出口とを有する環状壁体で囲まれており、前記潤滑液の流出口と前記モータフレームに設けた冷却筒部とを互いに連通させるとともに、該冷却筒部と前記潤滑液の流入口とを互いに連通させて潤滑液を循環させる潤滑液循環系が設けられていることを特徴とするものである。

このような構成であれば、ポンプ主軸およびメカニカルシールの回転に追従して、環状壁体で囲まれている領域内で潤滑液が回転して、該潤滑液に遠心力を生じさせ、この遠心力作用で潤滑液に圧力を発生させる。圧力が発生した潤滑液は、環状壁体の流出口→モータフレームに設けた冷却筒部→環状壁体の流入口の経路が構成されている潤滑液循環系を循環して、モータフレームを冷却し、冷却されたモータフレームを介して、モータを冷却することができる。また、潤滑液循環系には、目詰まりを生じる要素が全く存在しないので、潤滑液を常時スムーズに循環させて効率よくモータを冷却することができる。

本発明においては、前記潤滑液循環系に、ポンプの自己水により潤滑液を冷却する冷却手段を設けることが好ましい。このようにすることで、潤滑液の温度を積極的に低下させて、モータの冷却効率をより一層高めることができる。

また、本発明においては、潤滑液の流出口を、環状壁体の外周部、該環状壁体の底部の周縁部、該環状壁体の上端部の周縁部のいずれかに設けることが好ましい。このようにすることで、環状壁体で囲まれている領域内での潤滑液のスムーズな回転が許容されるので、潤滑液の遠心力作用を高めて、高い圧力で潤滑液を循環させ、モータを効率的に冷却することができる。

さらに、本発明においては、潤滑液の流出口の潤滑液回転流動方向の下流側に、潤滑液の流動を阻止する流動阻止部を設けてもよい。このようにすることで、環状壁体で囲まれている領域内での潤滑液の回転エネルギーを流動阻止部によって高い圧力に変換して、潤滑液を流出口から強力に流出させて循環させることにより、モータを効率的に冷却することができる。

本発明によれば、目詰まりを生じる要素が全く存在しない潤滑液循環系を形成し、該循環系に従来利用されることがなかったメカニカルシールの潤滑液の回転エネルギーを利用して潤滑液を循環させることにより、循環する潤滑液によってモータを効率よく冷却することができるようになる。また、潤滑液循環系に目詰まりが生じないことによって、潤滑液循環系を清掃する煩雑な作業が不要になる。

図１は、本発明に係るポンプ用モータの冷却構造の第１実施形態を適用した水中ポンプの縦断面図、図２は環状壁体の第１実施形態を拡大して示す斜視図、図３はポンプ主軸とメカニカルシールおよび環状壁体との関係の実施形態の一例を示す拡大断面図である。なお、図９で説明した従来例と同一もしくは相当部分には、同一符号を付して重複した構造の説明は省略する。

図１〜図３において、メカニカルシール７の外側がメカニカルシール室３内において環状壁体１６で囲まれている。この環状壁体１６は、上下両端部をそれぞれ開口した円筒状のもので、その下端部の周縁にはフランジ部１６Ａを径外方向に張り出して設けてある。環状壁体１６は、メカニカルシール室３内において環状の壁体受け１７に載置して固定されている。すなわち、環状の壁体受け１７は、メカニカルシール室３の底部３Ａを下側から貫通して該底部３Ａに液密に取付けられており、その上端載置面がメカニカルシール室３内に臨んでいる。したがって、上端載置面に環状壁体１６のフランジ部１６Ａを載置し、ボルトなどの締結部材でフランジ部１６Ａを上端載置面に適宜締結することによって、環状壁体１６が環状の壁体受け１７に載置して固定される。また、ポンプ主軸６は、環状の壁体受け１７の中心孔１７Ａからポンプケーシング４側に回転自在に導出されている。

環状壁体１６は、その上端部開口を潤滑液の流入口１６Ｂとして機能させている。また、環状壁体１６の一側には潤滑液の流出口１６Ｄを設けてある。この潤滑液の流出口１６Ｄは、環状壁体１６の外周部に設けたスリット１６ｄ１と、このスリット１６ｄ１と連通し環状壁体１６の外部で該環状壁体１６に沿って配置した連結筒１６ｄ２によって構成され、連結筒１６ｄ２の上端は蓋材１６ｄ３により閉塞され下端はフランジ部１６Ａに設けた貫通孔１６Ｆと連通している。なお、複数個の潤滑液の流出口１６Ｄを設けた構成であってもよいし、スリット１６ｄ１は、複数個の短いスリットが連なった形態でもよい。

メカニカルシール室３内には、潤滑油または清水あるいは蒸留水や不凍液などの潤滑液８が封入されており、この潤滑液８は潤滑液循環系１８を循環してモータ１を冷却する。すなわち、潤滑液循環系１８は、環状壁体１６における潤滑液の流出口１６Ｄ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１９とを互いに連通させる第１経路１８Ａと、冷却筒部１９と潤滑液の流入口１６Ｂとを互いに連通させる第２経路１８Ｂとからなり、第１経路１８Ａは、潤滑液の流出口１６Ｄにおける連結筒１６ｄ２の下端開口に連通して環状の壁体受け１７を貫通し、かつ、羽根車の背部空間１３を通ってポンプケーシング４の外部に導出される管路１８ａ１と、この管路１８ａ１の出口と冷却筒部１９の下端近傍に設けた入口１９Ａとを互いに連通させる管路１８ａ２とを備え、第２経路１８Ｂは、冷却筒部１９の上端近傍に設けた出口１９Ｂとメカニカルシール室３の内部とを互いに連通させる管路１８ｂによってなり、メカニカルシール室３および冷却筒部１９を含んでいる。

図３に示すように、メカニカルシール７は、ダブル型と称される周知のもので、メカニカルシール室３内においてポンプ主軸６と遊合してメカニカルシール室３の天井部３Ｂに固定された上部フローティングシート７Ａ、メカニカルシール室３内においてポンプ主軸６と遊合して環状の壁体受け１７に固定された下部フローティングシート７Ｂ、上部フローティングシート７Ａと摺接する上部シールリング７Ｃ、下部フローティングシート７Ｂと摺接する下部シールリング７Ｄ、上部シールリング７Ｃを背面から支持するベローズ７Ｅ、下部シールリング７Ｄを背面から支持するベローズ７Ｆ、上部シールリング７Ｃとベローズ７Ｅの外周に嵌着されて両者７Ｃ，７Ｅを一体に結合させる上部リテーナ７Ｇ、下部シールリング７Ｄとベローズ７Ｆの外周に嵌着されて両者７Ｄ，７Ｆを一体に結合させる下部リテーナ７Ｈ、シールリング押圧用のコイルスプリング７Ｉなどを備えている。

このような構成であれば、ポンプ主軸６と、メカニカルシール７における上部シールリング７Ｃ、下部シールリング７Ｄ、ベローズ７Ｅ、７Ｆ、上部リテーナ７Ｇ、下部リテーナ７Ｈおよびシールリング押圧用のコイルスプリング７Ｉなどの回転部分の回転に追従して、環状壁体１６で囲まれている領域内で潤滑液８が回転して、該潤滑液８に遠心力を生じさせ、この遠心力作用で潤滑液８に圧力を発生させる。

圧力が発生した潤滑液８は、環状壁体１６の流出口１６Ｄを構成している連結筒１６ｄ２→管路１８ａ１と管路１８ａ２とからなる潤滑液循環系１８の第１経路１８Ａ→冷却筒部１９→管路１８ｂによって構成されている潤滑液循環系１８の第２経路１８Ｂ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１９を通過する過程で該モータフレーム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を冷却することができる。

前記実施形態のように、潤滑液８の流出口１６Ｄが、環状壁体１６の外周部に設けたスリット１６ｄ１およびこのスリット１６ｄ１と連通し環状壁体１６の外部で該環状壁体１６に沿って配置した連結筒１６ｄ２とによって構成されていることで、環状壁体１６で囲まれている領域内での潤滑液８のスムーズな回転が許容されるので、潤滑液８の遠心力作用を高めて、高い圧力で潤滑液８を循環させて、モータ１を効率的に冷却することができる。また、図４に示すように、環状壁体１６の外周部一側にフランジ部１６Ａ上まで膨らむ流動阻止部２１を有する膨出部１６Ｅと、膨出部１６Ｅ内でフランジ部１６Ａを貫通する孔１６Ｆとからなる潤滑液の流出口１６Ｄを設けた構成であってもよい。該流動阻止部２１を貫通孔１６Ｆの潤滑液回転流動方向（矢印Ｒ）の直下流位置とすることで、環状壁体１６で囲まれている領域内での潤滑液８の回転エネルギーを流動阻止部２１によって高い圧力に変換して貫通孔１６Ｆから強力に流出させて循環させることにより、モータ１を効率的に冷却することができる。
なお、図４において、膨出部１６Ｅの上端は蓋材１６ｅにより閉塞されている。

また、潤滑液循環系１８および冷却筒部１９は、それぞれの通路断面積を大きくすることが容易であり、かつ、メカニカルシール室３内には固形異物の混入していない潤滑液８の封入が可能であることにより、冷却筒部１９を含む潤滑液循環系１８の目詰まりが確実に回避されるので、このことによっても、潤滑液８を常時スムーズに循環させて効率よくモータ１を冷却する効果が得られる。

一方、図５に示すように、羽根車５の背部空間１３またはメカニカルシール室３内に臨出する複数のフインからなる冷却手段２０、あるいは、冷却筒部１９の外周に形成した複数の放熱フインからなる冷却手段２０を設けることで、羽根車５の背部空間１３内での自己水による奪熱作用および水中または気中での放熱作用によって、潤滑液８の温度を積極的に低下させて、モータ１の冷却効率をより一層高めることができる。

他方、図６に示すように、環状壁体１６における潤滑液の流出口１６Ｄの潤滑液回転流動方向（矢印Ｒ）の直下流位置に、邪魔板によってなる流動阻止部２１を環状壁体１６の径内方向に少し張り出して立設することにより、環状壁体１６で囲まれている領域内での潤滑液８の回転エネルギーを流動阻止部２１によって高い圧力に変換して流出口１６Ｄから強力に流出させて循環させることにより、モータ１を効率的に冷却することができる。

前記実施形態では、環状壁体１６の下部に設けた流出口１６Ｄから潤滑液８を流出させ、環状壁体１６上部の流入口１６Ｂから該環状壁体１６の内部に潤滑液８を流入させる構造で説明しているが、図７に示すように、環状壁体１６の上部に設けた流出口１６Ｄから潤滑液８を流出させ、環状壁体１６下部の流入口１６Ｂから該環状壁体１６の内部に潤滑液８を流入させる構造であっても、前記実施形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、流入口１６Ｂから環状壁体１６の内部に流入してきた潤滑液８は、モータ１から熱を奪うことによって僅かに昇温して密度が小さく変化することで自然対流して、上部に設けた流出口１６Ｄから潤滑液８を冷却筒部１９に向かって押し上げる作用が発揮できるので、潤滑液８の循環を促進してモータ１の冷却効果を高めることができる。

さらに、図８に示すように、メカニカルシール７のたとえば下部リテーナ７Ｈに環状部材２２を取付る。この環状部材２２の外周面は平滑であってもよいが、スパイラル状の溝２２Ａを設けるか、あるいは、二点鎖線で示すように、複数個の縦溝２２Ｂを円周方向に設けることによって、エネルギーロスが大きくならない範囲で潤滑液８に生じる遠心力を増大させて、圧力を高めて潤滑液８を循環させることもできる。

なお、前記各実施形態では、本発明に係るポンプ用モータの冷却構造を水中ポンプに適用しているが、適用できるポンプは水中ポンプにのみ限定されるものではなく、モータ１によって駆動される他のポンプにも適用可能である。

本発明に係るポンプ用モータの冷却構造の第１実施形態を適用した水中ポンプの縦断面図である。環状壁体の第１実施形態を拡大して示す斜視図である。ポンプ主軸とメカニカルシールおよび環状壁体との関係の実施形態の一例を示す拡大断面図である。環状壁体の第２実施形態を拡大して示す斜視図である。本発明に係るポンプ用モータの冷却構造の第２実施形態を適用した水中ポンプの縦断面図である。環状壁体の第３実施形態を拡大して示す斜視図である。本発明に係るポンプ用モータの冷却構造の第３実施形態を適用した水中ポンプの縦断面図である。本発明に係るポンプ用モータの冷却構造の変形例を断面で表して拡大して示す斜視図である。従来例の縦断面図である。

符号の説明

１モータ
２モータフレーム
３メカニカルシール室
４ポンプケーシング
５羽根車
６ポンプ主軸
７メカニカルシール
８潤滑液
１６環状壁体
１６Ｂ潤滑液の流入口
１６Ｄ潤滑液の流出口
１８潤滑液循環系
１９冷却筒部
２０冷却手段
２１流動阻止部
Ｒ潤滑液の流動方向
Ｗポンプの自己水

Claims

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にメカニカルシール室を介して配設されたポンプケーシングと、このポンプケーシング内で回転する羽根車と、この羽根車が取付けられて前記モータによって駆動されるポンプ主軸と、このポンプ主軸と前記メカニカルシール室とに分割して設けられて前記ポンプケーシングを通過するポンプの自己水が前記モータフレーム内へ侵入するのを防止するメカニカルシールと、前記メカニカルシール室内に封入された潤滑液とを備えているポンプにおいて、
前記メカニカルシールの外側が前記潤滑液の流入口と流出口とを有する環状壁体で囲まれており、前記潤滑液の流出口と前記モータフレームに設けた冷却筒部とを互いに連通させるとともに、該冷却筒部と前記潤滑液の流入口とを互いに連通させて潤滑液を循環させる潤滑液循環系が設けられていることを特徴とするポンプ用モータの冷却構造。
請求項１に記載のポンプ用モータの冷却構造において、
前記潤滑液循環系に、前記ポンプの自己水により前記潤滑液を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とするポンプ用モータの冷却構造。
請求項１または請求項２に記載のポンプ用モータの冷却構造において、
前記潤滑液の流出口が、前記環状壁体の外周部、該環状壁体の底部の周縁部、該環状壁体の上端部の周縁部のいずれかに設けられていることを特徴とするポンプ用モータの冷却構造。
請求項１、請求項２または請求項３に記載のポンプ用モータの冷却構造において、
前記潤滑液の流出口の潤滑液回転流動方向の下流側に、潤滑液の流動を阻止する流動阻止部が設けられていることを特徴とするポンプ用モータの冷却構造。