JP2001241396A

JP2001241396A - 多段モータポンプ

Info

Publication number: JP2001241396A
Application number: JP2000054210A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Yamamoto; 雅和山本; Yoshio Miyake; 良男三宅; Katsuji Iijima; 克自飯島
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】配管との接続方向に関する自由度を高めるこ
とができ、禁油および脱脂処理も容易にできるコンパク
トな多段モータポンプを提供する。【解決手段】モータ固定子９を収容しモータ固定子９
の外周部に取扱液の流路を構成するモータフレーム２
と、モータフレーム２の軸方向の一端に軸方向から見た
取付角度を変更可能に設けられる第１のポンプケーシン
グ１と、モータフレーム２の軸方向の他端に軸方向から
見た取付角度を変更可能に設けられる第２のポンプケー
シング３と、第１のポンプケーシング１及び第２のポン
プケーシング３の双方に少なくとも１個ずつ内包される
羽根車１５，１６と、を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、全周流型のキャンドモータの
主軸の両端に羽根車を配置して軸推力のバランスをと
り、インバータを利用して高速回転で駆動する高揚程の
多段モータポンプが知られている。例えば、板金製のポ
ンプ外筒にポンプ吸込口及びポンプ吐出口を設け、外筒
の内部に直列４段（即ち、モータの主軸の両端に羽根車
を２段ずつ配置している）の羽根車を収容した立型多段
モータポンプである。

【０００３】この種のポンプは、揚程２００ｍクラスの
高揚程ポンプとして製品化されており、モータの高速化
によってポンプが小型化されている点や、キャンドモー
タであるため液漏れがない点などの特徴から、例えば、
逆浸透膜へ圧力水を供給するためのポンプとして純水製
造装置や、洗浄用ノズルに圧力水を供給するためのポン
プとして各種の洗浄装置に組み込まれて使用される場合
が多い。このような装置内で使用されるポンプでは、一
般的に、小型・コンパクト・省スペースであること、
メンテナンスフリーであること、取扱液を汚さない
こと、ポンプと配管との接続方向が変更可能であるな
どのオプション対応が容易であること、が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ポンプなどでは、上記要求のうち〜を満たすことは
できるが、については十分に満たすことができなかっ
た。即ち、従来の多段モータポンプにおいては、ポンプ
吸込口及びポンプ吐出口が板金製のポンプ外筒に溶接固
定されているので、ポンプ吸込口及びポンプ吐出口の位
置を後で変更することができず、配管との接続方向が限
定されることになる。従って、このようなポンプを装置
の共通部品として予め多数用意した後で、ポンプを各顧
客の仕様に合わせてその都度変更、設計する場合には、
時として不合理な配管の取廻しが必要となり、例えば、
ポンプを含む装置全体が大きくなってしまうなどの不都
合があった。

【０００５】また、このような多段モータポンプとは別
に、例えば、ポンプ内に納められたモータを跨いで１段
目の羽根車を収容するポンプケーシングと２段目の羽根
車を収容するポンプケーシングとを連結する配管が必要
とされるポンプもある。このような場合には、この配管
のために結果としてポンプ吸込口及びポンプ吐出口の方
向を自由に定めることができず、上述と同様の不都合が
生じていた。

【０００６】更に、上述したような用途に利用されるポ
ンプは、ポンプ内部に油脂成分などが残留しないように
内部を洗浄する処理（いわゆる禁油および脱脂処理）を
施す必要があるが、先に述べたポンプでは、板金製のポ
ンプ吸込口及びポンプ吐出口などが溶接により固定さ
れ、ポンプ全体が一体に成形されるものであるため、上
記禁油および脱脂処理の作業に手間がかかる。

【０００７】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、配管との接続方向に関する自由
度を高めることができ、禁油および脱脂処理も容易にで
きるコンパクトな多段モータポンプを提供することを目
的とする。

【０００８】

【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、本発明の第１の態様は、
モータ固定子を収容しモータ固定子の外周部に取扱液の
流路を構成するモータフレームと、該モータフレームの
軸方向の一端に軸方向から見た取付角度を変更可能に設
けられる第１のポンプケーシングと、前記モータフレー
ムの軸方向の他端に軸方向から見た取付角度を変更可能
に設けられる第２のポンプケーシングと、第１のポンプ
ケーシング及び第２のポンプケーシングの双方に少なく
とも１個ずつ内包される羽根車と、を備えたことを特徴
とするものである。また、本発明の第２の態様は、モー
タ固定子の外周部に取扱液の流路を構成するモータと、
該モータの軸方向の一端に軸方向から見た取付角度を変
更可能に設けられる第１のポンプケーシングと、第１の
ポンプケーシング内に設けられ前記モータ固定子外周部
の流路に取扱液を導く第１の羽根車と、前記モータの軸
方向の他端に軸方向から見た取付角度を変更可能に設け
られる第２のポンプケーシングと、第２のポンプケーシ
ング内に設けられ前記モータ固定子外周部の流路から取
扱液を導く第２の羽根車とを備え、第１の羽根車と第２
の羽根車の吸込部の向きを逆にしたことを特徴とするも
のである。

【０００９】これにより、ポンプを各顧客の仕様に合わ
せて変更、設計する場合においても配管との接続部分で
ある取扱液を吸い込む吸込部（例えば、吸込ノズル）又
は吐き出す吐出部（例えば、吐出ノズル）の方向を変更
することができるので、無駄な配管の取廻しが不要とな
り、ポンプを含む装置全体をコンパクトにすることがで
きる。また、本発明の第二の態様によれば、軸方向のス
ラスト荷重のバランスをとることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る多段モータポ
ンプの第一の実施形態について図１を参照して詳細に説
明する。図１は、本実施形態に係る多段モータポンプの
縦断面図である。本実施形態に係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およびキャンドモータ５から基本的に構成さ
れる。本実施形態においては、吸込側ポンプケーシング
１が第一のポンプケーシングを構成し、吐出側ポンプケ
ーシング３が第二のポンプケーシングを構成するものと
して説明するが、第一のポンプケーシングを吐出側のポ
ンプケーシングとして構成し、第二のポンプケーシング
を吸込側のポンプケーシングとして構成することも可能
である。

【００１１】モータフレーム２は、内部にキャンドモー
タ５のモータ固定子９を収納する第１の筒状部６と、第
１の筒状部６の外側に設けられる第２の筒状部７と、第
２の筒状部７の外周部に設けられた周波数変換器取付用
の平面座８とを、ステンレス鋳鋼材にて一体的に成形し
たものである。ここで、第１の筒状部６と第２の筒状部
７との間には取扱流体が流れる流路Ｓ１が形成されてい
る。

【００１２】第１の筒状部６の内部にはモータ固定子９
が焼き嵌め又は圧入固定され、このモータ固定子９の内
側には、主軸１０に焼き嵌め固定されたモータ回転子１
１が回転可能に収容される。また、第１の筒状部６の軸
方向上端には、ステンレス鋳鋼材から成型されるモータ
フレーム側板１２が密封溶接されている。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。

【００１３】キャンドモータ５の主軸１０の両端には、
羽根車１５，１６がそれぞれ１枚ずつ固定されており、
これらの羽根車１５，１６には、軸方向外方に開口した
吸込部１５ａ，１６ａが形成されている。これらの羽根
車１５，１６はそれぞれ後述する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に収容される。羽根
車１５，１６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。なお、図１においては、羽根車１
５，１６にステンレス鋳鋼による鋳造成形品を使用した
場合とステンレス板金材をプレス成形および溶接したも
のを使用した場合を左右半分ずつ記載している。

【００１４】主軸１０はその両端においてモータフレー
ム２に設けられた軸受によって支承されている。これら
の軸受のうち、まず、主軸１０の下方（１段目）の軸受
周辺部について説明する。軸受ブラケット２０には、ラ
ジアル軸受２１が設けられている。図中２２はラジアル
軸受２１と摺動部を形成するスリーブであり、スリーブ
２２は座金２３に当接している。また軸受ブラケット２
０は、第１の筒状部６の端部に当接している。

【００１５】次に、主軸１０の上方（２段目）の軸受周
辺部について説明する。軸受ブラケット３０には、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、回転側スラスト摺動部材である回転側
スラスト軸受３５が設けられている。回転側スラスト軸
受３４はスラストディスク３６に固定されている。な
お、図中３７はラジアル軸受２２と摺動部を形成するス
リーブである。なお、上述したラジアル軸受２１，３
１、スラスト軸受３２，３４，３５、及びスリーブ２
２，３７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。

【００１６】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１５，１
６を含むポンプの小型化が達成されている。このとき、
第１の筒状部１６と第２の筒状部７との間の流路Ｓ１を
流れる取扱液によって、小型化され表面積も小さくなっ
たモータが効果的に冷却される。また、この取扱液は、
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
るとともに、上記周波数変換器を効果的に冷却する。

【００１７】ここで、モータフレーム２の第２の筒状部
７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。即
ち、モータフレーム２の第２の筒状部７の軸方向両端に
は、取付部品との同軸度を確保するためのいんろう（図
示せず）及びボルト締結用のボルト座４０，４１がそれ
ぞれ設けられており、このボルト座４０，４１を介して
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
とが固定される。なお、モータフレーム２の第２の筒状
部７の軸方向両端にはそれぞれＯリング４２，４３が配
置されており、このＯリング４２，４３によってこれら
のポンプケーシング１，３及びモータフレーム２がシー
ルされている。

【００１８】ここで、この第２の筒状部７と吸込側ポン
プケーシング１及び吐出側ポンプケーシング３とは、直
接接触するように構成されている。この結果、周波数変
換器の発生熱は、第２の筒状部７の内面から放熱される
だけでなく、上述の接触面から双方のポンプケーシング
１，３に伝わり、これらの内面からも効果的に放熱され
る。

【００１９】吸込側ポンプケーシング１は吸込ノズル５
０を備えており、この吸込ノズル５０から１段目の羽根
車１５の吸込部１５ａ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
１５の吸込部１５ａ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５０から流路Ｓ２に吸い込まれた
流体は、１段目の羽根車１５の吸込部１５ａを通って羽
根車１５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Ｓ
１に連通する流路Ｓ４と２段目の羽根車１６の吐出部か
ら吐出ノズル６０に至る流路Ｓ５とが形成されている。
ここで、吐出側ポンプケーシング３の上部には、ボルト
締結用のボルト座４４が設けられており、このボルト座
４４を介してケーシングカバー４が固定されている。こ
のケーシングカバー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
るとともに、吐出側ポンプケーシング３の中央部、即
ち、第２段の羽根車１６の吸込部１６ａが位置する部分
は開口している。従って、上記第１段の羽根車１５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１６の吸込部１６ａを通って羽根
車１６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６０から吐出される。

【００２１】ところで、上記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は、それぞれ４本のボル
トを使用してモータフレーム２に固定されている。即
ち、モータフレーム２の第２の筒状部７のボルト座４
０，４１は、第２の筒状部７の円周上に９０度ずつの間
隔を置いて配置されており、これら４箇所のボルト座４
０，４１によって上記ポンプケーシング１，３が第２の
筒状部７にそれぞれ固定されている。このようにするこ
とで、ポンプケーシングの吸込ノズル５０又は吐出ノズ
ル６０の方向を９０度ずつ変更して固定配置することが
できる。図２（ａ）は図１の断面図における吸込ノズル
５０及び吐出ノズル６０の方向を示したものであるが、
図２（ａ）に示す配置だけでなく、図２（ｂ）及び図２
（ｃ）に示すように吸込ノズル５０及び吐出ノズル６０
の方向を適宜変更することができる。従って、例えば、
装置の設置環境等に合わせてポンプの吸込ノズル及び吐
出ノズルの方向を自由に変更することができる。また、
本発明に係る多段モータポンプは、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に分割される構造となってお
り、これらを容易に分離することができるので、従来の
多段モータポンプに比べて、禁油および脱脂処理が容易
になる。

【００２２】なお、例えば、ポンプの要項を流量０．０
８（ｍ^３／ｍｉｎ）、揚程２００（ｍ）とし、羽根車段
数を２段、回転速度を７５００（ｍｉｎ^−１）とした場
合には、ポンプ及び羽根車の設計上の指標となる比速度
Ｎｓの値は、６７（ｍ^３／ｍｉｎ，ｍ，ｍｉｎ^−１）と
なる。この値は、羽根車をはじめとするハイドロモデル
の設計に次のような課題が生じる。即ち、比速度Ｎｓ＜
７０においては、ポンプ効率が著しく低くなる。このこ
とは、広く知られており、例えば「ターボ機械第２７巻
第１２号の４３〜５１ページ」等にも記載されている。
また、通常の羽根車設計手法によれば直径（羽根車出口
径）が１１０〜１３０（ｍｍ）程度、翼の幅（羽根車出
口幅）が１〜２ｍｍ程度になってしまい、鋳造による羽
根車の製作が困難であったり、ポンプが異物を吸い込ん
だ場合に詰まりを生じやすい。

【００２３】そこで、本実施形態では、上記問題を解決
するために、羽根車の設計に次のような手法を用いてい
る。例えば、８枚翼で流量が４倍、即ち、０．３２
（ｍ^３／ｍｉｎ）で羽根車を設計する。この羽根車の比
速度Ｎｓの値は、１３４（ｍ^３／ｍｉｎ，ｍ，ｍｉｎ
^−１）であるため、ポンプ効率が著しく低くなることは
なく、また、羽根車出口幅も２（ｍｍ）以上の値を確保
することができる。その上で、８枚翼によって形成さ
れる８つの羽根車流路のうち、６つの流路を埋めること
で取扱液が流れないようにし、流量が概ね０．０８（ｍ
^３／ｍｉｎ）となるような羽根車とする。鋳造によって
製作する場合には、上述した６つの流路は予め一体的に
埋めておくことができる。このような手法によってポン
プ効率や生産性を損なうことなく、異物通過径を確保し
た羽根車を設計・製作することができる。

【００２４】

【発明の効果】上述したように本発明は、配管との接続
部分である取扱液を吸い込む吸込部（例えば、吸込ノズ
ル）又は吐き出す吐出部（例えば、吐出ノズル）の方向
を変更するなどのオプション対応が容易で、禁油および
脱脂処理が容易となり、また、より小型でコンパクトな
各種装置に適した多段モータポンプを提供することが可
能となる。更に、生産性が良好で、モータ及び実装イン
バータを効果的にかつ安定的に水冷することが可能であ
り、高速化によるポンプ及びモータの小型化とインバー
タの小型化とを両立させた極めてコンパクトなポンプ組
立体を提供することが可能となる。より具体的な効果と
しては、ポンプを各顧客の仕様に合わせて変更、設計す
る場合においても配管との接続部分である取扱液を吸い
込む吸込部（例えば、吸込ノズル）又は吐き出す吐出部
（例えば、吐出ノズル）の方向を変更することができる
ので、無駄な配管の取廻しが不要となり、ポンプを含む
装置全体をコンパクトにすることができる。また、多段
モータポンプを第一のポンプケーシング、モータフレー
ム、第二のポンプケーシング等の部材に分割したことに
より、これらを容易に分離することができるので、禁油
および脱脂処理を容易に行うことができる。

【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
の縦断面図である。

【図２】図１に係る多段モータポンプの吸込側ポンプケ
ーシングと吐出側ポンプケーシングとの配置のバリエー
ションを示す図であり、図２（ａ）は図１に示す吸込ノ
ズルと吐出ノズルの方向を示す図であり、図２（ｂ）及
び図２（ｃ）は他の形態における吸込ノズルと吐出ノズ
ルの方向を示す図である。

【符号の説明】

１吸込側ポンプケーシング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第１の筒状部７第２の筒状部１０主軸１５，１６羽根車５０吸込ノズル６０吐出ノズルＳ１〜Ｓ６流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯島克自東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 3H034 AA01 AA12 BB01 BB06 BB10 BB13 BB17 CC03 DD16 DD20 DD26 DD27 DD30 EE05 EE12 EE17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ固定子を収容しモータ固定子の外
周部に取扱液の流路を構成するモータフレームと、該モ
ータフレームの軸方向の一端に軸方向から見た取付角度
を変更可能に設けられる第１のポンプケーシングと、前
記モータフレームの軸方向の他端に軸方向から見た取付
角度を変更可能に設けられる第２のポンプケーシング
と、第１のポンプケーシング及び第２のポンプケーシン
グの双方に少なくとも１個ずつ内包される羽根車と、を
備えたことを特徴とする多段モータポンプ。
【請求項２】モータ固定子の外周部に取扱液の流路を
構成するモータと、該モータの軸方向の一端に軸方向か
ら見た取付角度を変更可能に設けられる第１のポンプケ
ーシングと、第１のポンプケーシング内に設けられ前記
モータ固定子外周部の流路に取扱液を導く第１の羽根車
と、前記モータの軸方向の他端に軸方向から見た取付角
度を変更可能に設けられる第２のポンプケーシングと、
第２のポンプケーシング内に設けられ前記モータ固定子
外周部の流路から取扱液を導く第２の羽根車とを備え、
第１の羽根車と第２の羽根車の吸込部の向きを逆にした
ことを特徴とする多段モータポンプ
【請求項３】キャンドモータを使用したことを特徴と
する請求項１又は２に記載の多段モータポンプ。