JP2006125208A

JP2006125208A - ポンプ装置

Info

Publication number: JP2006125208A
Application number: JP2004310708A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Inoue; 雅史井上; Hironori Hara; 裕紀原; Shinichiro Araki; 慎一郎荒木; Yasushi Hashimoto; 靖志橋本
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】放熱隔壁近傍における冷却液の流速を増大させることで、放熱隔壁と冷却液の間の熱伝達率を増大させ、冷却液とポンプ吐出水との熱交換効率を高くして、モータをより一層効果的に冷却することができるポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ主軸６と連動して回転する羽根車５の外周部に、メカニカルシール室３とポンプ吐出液Ｗを隔離してポンプ吐出液Ｗと直接接触する放熱隔壁３１Ｃを設け、メカニカルシール室３内に放熱隔壁３１Ｃに沿った冷却液流路１２を形成する区画部材１１を設ける。そして、区画部材１１はメカニカルシール室３内の冷却液７の流速が流路進入前よりも増大するように配置するとともに、ポンプ主軸６と連動して回転する冷却液循環羽根１０を、冷却液流路１２に連通させて、該冷却液流路１２よりもモータフレーム２側に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明はポンプ装置に関し、特に、駆動用モータの冷却を効果的に実行できるようにしたポンプ装置に関する。

従来、ポンプ装置においては、駆動用モータを水面より突出させた状態で運転しても、放熱不良によるモータの過剰な昇温を防止するために、モータの外周を囲繞するウオータジャケットを設け、このウオータジャケットにポンプ吐出水の一部を冷媒として通過させることで、モータを冷却するようにしたものが知られている。

しかし、前構成のポンプ装置では、ポンプ吐出水に砂などの固形異物が混入していると、この固形異物がウオータジャケット内に堆積して、ポンプ吐出水の円滑な通過を妨げ、冷却効率を低下させることになる。このため、定期的にウオータジャケットを清掃する煩雑な作業が必要になる問題を有する。

そこで、このような問題を解決してモータを冷却できるように構成したポンプ装置が提案されている（たとえば、特許文献１，特許文献２参照）。

これら特許文献１，２に記載の従来のポンプ装置では、駆動用モータによって回転するポンプ主軸にポンプ羽根車と冷却液循環羽根とを設け、ポンプ羽根車はポンプケーシング内に配置し、冷却液循環羽根は隔壁を隔ててポンプケーシングに隣接して設けた冷却液室内に配置される。そして、冷却液室とモータの外周を囲繞するウオータジャケットとを連通させて、冷却液を循環させるための冷却液循環系を構成している。したがって、冷却液循環羽根が回転すると、冷却液室内の冷却液は冷却液循環系を循環し、その循環の過程で隔壁を介してポンプケーシング内の吐出水との間でなされる熱交換によって冷却され、冷却された冷却液によってモータを冷却することができる。このため、ポンプ吐出水に砂などの固形異物が混入していても、この固形異物がウオータジャケット内に堆積する不都合を回避して、定期的なウオータジャケットの清掃を不要にすることができる。

特公昭５０−８１６１号公報特開昭５６−１１３０９３号公報

しかし、特許文献１に記載のポンプ装置では、冷却液室における冷却液循環羽根の下部に位置する広い空間部が隔壁を介してポンプケーシングに隣接しているので、隔壁近傍の冷却液の高速化が期待できない。このため、冷却液と隔壁の間の熱伝達率は低く、ポンプ吐出水との熱交換効率が低くなるので、効果的にモータを冷却することができない問題点を有している。

一方、特許文献２に記載のポンプ装置では、冷却液室の下部に設けた軸方向寸法が小さい空間部を、隔壁を介してポンプケーシングに隣接させ、該空間部に冷却液循環羽根を配置している。したがって、冷却液は前記空間部に沿って流れるので、隔壁近傍の冷却液の流速は特許文献１に記載のポンプ装置の冷却液の流速よりも速くなる。このため、冷却液と隔壁の間の熱伝達率が高められてポンプ吐出水との熱交換効率を上げ、特許文献１に記載のポンプ装置よりも効果的にモータを冷却することができる。

前記特許文献２に記載のポンプ装置では、前記空間部の軸方向寸法が小さくなるのに応じて、隔壁近傍の冷却液の流速を速くして、冷却液と隔壁の間の熱伝達率を高め、ポンプ吐出水との熱交換効率を上げて、効果的にモータを冷却することができる。しかし、空間部の軸方向寸法が小さくなると、冷却液循環羽根の軸方向寸法が小さくなってしまう。この状態で所定の循環液流量を確保するためには、羽根を長くする必要があるため、羽根強度が低下してしまう。そのため、空間部の軸方向寸法の最小値は、羽根強度との関係によって所定値以上の大きさに設定されることになる。したがって、隔壁近傍の冷却液の流速の最大値は、羽根強度との関係によって設定される空間部の軸方向寸法の最小値により決定される。このため、隔壁近傍の冷却液の流速をさらに増大して、冷却液と隔壁の間の熱伝達率を増大させ、冷却液とポンプ吐出水との熱交換効率を高くし、モータをより一層効果的に冷却することが困難になるという問題を有している。

本発明は、このような問題を解決し、放熱隔壁近傍における冷却液の流速を増大させることで、冷却液と放熱隔壁の間の熱伝達率を増大させることにより、冷却液とポンプ吐出水との熱交換効率を高くして、モータをより一層効果的に冷却することができるポンプ装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係るポンプ装置は、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の外周を取り囲んで設けた冷却筒部と、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冷却液とを備えているポンプ装置において、前記羽根車の外周部に、メカニカルシール室とポンプ吐出液を隔離してポンプ吐出液と直接接触する放熱隔壁を有し、メカニカルシール室内に前記隔壁に沿った冷却液流路を形成する区画部材が設けられ、この区画部材は冷却液の流速が流路進入前よりも増大するように配置されており、前記冷却液流路と連通し該流路よりもモータフレーム側に配置され、かつ、ポンプ主軸と連動して回転する冷却液循環羽根を備えたことを特徴とするものである。

このような構成であれば、ポンプ主軸と連動して回転する冷却液循環羽根によって、メカニカルシール室内の冷却液は、羽根車外周部の放熱隔壁に沿って区画部材で形成された冷却液流路を循環し、その循環の過程で放熱隔壁を介してポンプケーシング内の吐出水との間で熱交換がなされて冷却される。
前記区画部材は、冷却液の流速が流路進入前よりも増大するように配置されているので、冷却液流路を循環する放熱隔壁近傍の冷却液の流速が増すことになり、冷却液と放熱隔壁の間の熱伝達率が大きくなり、冷却液とポンプ吐出水との熱交換効率を向上させることができる。
また、冷却液循環羽根が冷却液流路よりもモータフレーム側に配置されていることによって、該冷却液循環羽根に影響されることなく、前記区画部材を放熱隔壁に接近させて、冷却液流路の流路断面積をより一層小さく設定することができる。このため、放熱隔壁近傍における冷却液の流速を大幅に増大させて、冷却液と隔壁の間の熱伝達率を増大させ、冷却液と吐出水との熱交換効率を一層高くすることができる。

本発明においては、冷却液循環羽根を、メカニカルシールの外周部に設けることが好ましい。このようにすることで、循環羽根設置によるポンプの軸方向寸法を増大させることなく、冷却液循環羽根をメカニカルシール室内における冷却液流路から離れた位置に配置することができる。

また、本発明においては、放熱隔壁の冷却液流路側表面に、伝熱促進部を形成することが好ましい。このようにすることで、冷却液流路を循環する冷却液の流れを乱して、冷却液と放熱隔壁の間の熱伝達率をさらに大きくして、冷却液とポンプ吐出水との熱交換効率をより高くすることができる。

さらに、本発明においては、放熱隔壁の内周側ボス部を階段状に形成し、この階段状のボス部を階段状に形成した前記区画部材により取り囲んで、該区画部材と前記ボス部の間に前記放熱隔壁から前記冷却液循環羽根に至る前記冷却液流路を形成しても良い。このようにすることで、階段状の冷却液流路を循環する冷却液の流れを乱して、階段状の冷却液流路内の冷却液と階段状ボス部の間の熱交換を促進し、冷却液とポンプ吐出水との熱交換効率をさらに高めるとができる。

本発明によれば、区画部材によって、冷却液流路を循環する放熱隔壁近傍の冷却液の流速が高められるばかりか、冷却液循環羽根に影響されることなく、区画部材を放熱隔壁に接近させて、冷却液流路の流路断面積を小さく設定することができることによって、放熱隔壁近傍における冷却液の流速を大幅に増大して、隔壁と冷却液の間の熱伝達率を大きくし、冷却液とポンプ吐出水との熱交換効率をより一層高くして、モータを効果的に冷却することができる。

図１は、本発明に係るポンプ装置の実施形態を示す縦断面図、図２は要部の拡大断面図である。これらの図において、ポンプ装置は、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５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、ポンプケーシング４内に吐出されるポンプの吐出水Ｗがモータフレーム２内に侵入するのを防止するとともに、メカニカルシール室３内に封入されている潤滑油または清水あるいは蒸留水や不凍液などの冷却液７がポンプケーシング４内に侵入するのを防止するメカニカルシール８とを備えている。

メカニカルシール室３は、上体部３０と下体部３１とからなり、上体部３０には下向きに開口した環状の上部室３０ａが設けられ、該環状の上部室３０ａの下端開口部は環状の仕切部材９によって塞がれ、この環状の仕切部材９によって、環状の上部室３０ａと下体部３１に設けた上向きに開口する下部室３１ａとが上下方向で区画されている。また、環状の仕切部材９の内周面には環状溝９０が形成されているとともに、環状の上部室３０ａと下部室３１ａとを連通させる第１連通路９１が軸方向に貫通して設けられており、該第１連通路９１の内周側に第２連通路９２を軸方向に貫通して設けてある。また、環状の仕切部材９を半径方向に貫通して環状溝９０に連通する冷却液吐出通路９３が形成されている。

メカニカルシール室３の下体部３１は、中心孔３１Ａを設けて階段状に軸方向下向きにのび、かつ、半径方向に拡径されるボス部３１Ｂと、このボス部３１Ｂの下端部に連設されて半径方向外側に向けて羽根車５の外周部まで僅かな上がり勾配でのびる放熱隔壁３１Ｃと、この放熱隔壁３１Ｃの外周縁部から立ち上がる周壁部３１Ｄおよび該周壁部３１Ｄの上端部から半径方向外側に張り出すフランジ部３１Ｅとを有し、このフランジ部３１Ｅと上体部３０の下端部に設けた半径方向外側に張り出すフランジ部３０Ａとが一体に結合されているとともに、下体部３１におけるフランジ部３１Ｅの下側にポンプケーシング４の上端周縁部が結合されている。また、放熱隔壁３１Ｃの上面には、三重の円環突条からなる伝熱促進部３１Ｆが形成されている。

メカニカルシール８は、ダブル型と称されるもので、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の天井部に固定された上部フローティングシート８０、メカニカルシール室３内においてポンプ主軸６と遊合して環状の受座３３に固定された下部フローティングシート８１、ポンプ主軸６と同時に回転して上部フローティングシート８０と摺接する上部シールリング８２、ポンプ主軸６と同時に回転して下部フローティングシート８１と摺接する下部シールリング８３およびシールリング押圧用のコイルスプリング８４などを備え、コイルスプリング８４は冷却液循環羽根１０に装着されている。なお、前記環状の受座３３はメカニカルシール室３における下体部３１のボス部３１Ｂに設けた中心孔３１Ａに取付けられている。

冷却液循環羽根１０は円形の環状体からなり、その内周縁部をメカニカルシール８における上部シールリング８２と下部シールリング８３との間に介在させて、ポンプ主軸６および両シールリング８２，８３と連動可能に水平に設けられ、外周羽根部１０ａを環状の仕切部材９内周面の環状溝９０に対応させている。

一方、メカニカルシール室３における下部室３１ａには区画部材１１が設けられている。この区画部材１１は、所定の間隔を隔ててメカニカルシール室３における下部室３１ａの階段状のボス部３１Ｂを取り囲む階段状の筒部１１ａと、この階段状の筒部１１ａの下端部に連設されて半径方向外側に張り出すとともに、小さい間隔を隔てて放熱隔壁３１Ｃの上側で対向するフランジ部１１ｂとを備え、その上端部は環状の仕切部材９の下面に取付けられている。これにより、フランジ部１１ｂの下面と放熱隔壁３１Ｃの上面（表面）との間に放熱隔壁３１Ｃに沿った通路断面積の小さい冷却液流路１２が形成され、この冷却液流路１２は、階段状のボス部３１Ｂの表面と階段状の筒部１１ａの内面とで囲まれる階段状の冷却液流路１５を介して、冷却液循環羽根１０の外周羽根部１０ａおよび環状の仕切部材９の第２連通路９２に連通している。

メカニカルシール室３内に封入されている冷却液７は、冷却液循環羽根１０の回転によって冷却液循環系１３を循環してモータ１を冷却する。すなわち、潤滑液循環系１３は、環状の仕切部材９に設けた冷却液吐出通路９３と、該冷却液吐出通路９３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１４とを互いに連通させる第１経路１３Ａと、冷却筒部１４とメカニカルシール室３における環状の上部室３０ａとを、該メカニカルシール室３の上体部３０に設けた導入通路３０ｂを介して互いに連通させる第２経路１３Ｂとを備えている。図中１６はドレン管を示す。

前記構成のポンプ装置は、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、雨水や汚水などの吐出水Ｗをポンプケーシング４の吸込口４Ａから吸込み、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。

ポンプ主軸６の回転により、メカニカルシール８の上部シールリング８２と下部シールリング８３および冷却液循環羽根１０が連動して回転する。冷却液循環羽根１０が回転すると、その外周羽根部１０ａの回転に追従して冷却液７が環状の仕切部材９の環状溝９０内で回転して遠心力を生じさせ、この遠心力作用で冷却液７に圧力を発生させる。

圧力が発生した冷却液７は、環状の仕切部材９の環状溝９０→環状の仕切部材９に設けた冷却液吐出通路９３→第１経路１３Ａ→冷却筒部１４→第２経路１３Ｂ→導入通路３０ｂ→メカニカルシール室３における上体部３０の環状の上部室３０ａ→環状の仕切部材９の第１連通路９１→メカニカルシール室３における下体部３１の下部室３１ａ→冷却液流路１２→階段状の冷却液流路１５→冷却液循環羽根１０の外周羽根部１０ａまたは階段状の通路１５→第２連通路９２→冷却液循環羽根１０の外周羽根部１０ａ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１４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。

前述のように、ポンプ主軸６と連動して回転する冷却液循環羽根１０によって冷却液流路１２を循環するメカニカルシール室３内の冷却液７は、その循環の過程で放熱隔壁３１Ｃを介してポンプケーシング４内の吐出水Ｗとの間で熱交換がなされて冷却される。しかも、冷却液流路１２の通路断面積が小さく設定されていることによって、該冷却液流路１２を通過する冷却液７の流速が速くなる。つまり、冷却液流路１２を循環する放熱隔壁３１Ｃ近傍の冷却液７の流速が増すことになり、冷却液と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率が大きくなり、冷却液とポンプ吐出水Ｗとの熱交換効率が向上し、効果的にモータ１を冷却することができる。

また、冷却液循環羽根１０が冷却液流路１２よりもモータフレーム２側に配置されていることによって、該冷却液循環羽根１０に影響されることなく、区画部材１１のフランジ部１１ｂを放熱隔壁３１Ｃに接近させて、冷却液流路１２の流路断面積をより一層小さく設定することができる。このため、放熱隔壁３１Ｃ近傍における冷却液７の流速を大幅に増大させて、冷却液と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率が大きくなり、冷却液とポンプ吐出水Ｗとの熱交換効率を一層高くして、モータ１を効果的に冷却することができる。

さらに、冷却液循環羽根１０をメカニカルシール８の外周部に設けているので、冷却液循環羽根１０の設置によるポンプ軸方向の寸法を増大させることなく、冷却液循環羽根１０をメカニカルシール室３内における冷却液流路１２から離れた位置に配置することができる。

一方、放熱隔壁３１Ｃの冷却液流路１２側表面に、三重の円環突条からなる伝熱促進部３１Ｆが形成されているので、伝熱促進部３１Ｆによって冷却液流路１２を循環する冷却液７の流れを乱して、冷却液と放熱隔壁３１Ｃの間の熱伝達率をさらに大きくし、冷却液とポンプ吐出水Ｗとの熱交換効率を高くして、モータ１を効果的に冷却するのに寄与することができる。

また、メカニカルシール室３における下部室３１ａの階段状のボス部３１Ｂを区画部材１１の階段状の筒部１１ａで取り囲むことで、冷却液流路１２に連続して階段状の冷却液流路１５を形成していることにより、該階段状の冷却液流路１５を循環する冷却液７の流れを乱して、冷却液７と放熱隔壁３１Ｃへ向けて熱が流れる階段状のボス部３１Ｂの間の熱伝達率を大きくし、冷却液７と階段状のボス部３１Ｂの間の熱交換を促進して、モータ１を効果的に冷却するのに寄与することができる。

前記実施形態では、冷却液循環羽根１０をメカニカルシール８の外周部に設けた構造で説明しているが、冷却液循環羽根１０は、メカニカール室３内においてポンプ主軸６に設けた構造であってもよい。また、放熱隔壁３１Ｃの冷却液流路１２側表面に形成される伝熱促進部３１Ｆは、前記実施形態で説明した三重の円環突条のみに限定されるものではなく、たとえば、図３（ａ）に示すような多数の短寸で直線状の多数の突起３１ｆ１を放射状に配置した構造、図３（ｂ）に示すような螺旋状の突条３１ｆ２からなる構造、あるいは図３（ｃ）に示すような多数の突起３１ｆ３を形成した構造などによって伝熱促進部３１Ｆを構成してもよい。

さらに、図４に示すように、放熱隔壁３１Ｃのポンプケーシング４側下面に複数のフイン１６を設けてもよい。このように、複数のフインを設けることで、これら複数のフイン１６によって羽根車５から吐出されたポンプの吐出水Ｗに対する放熱面積を増大して、冷却液流路１２を循環する冷却液７とポンプの吐出水Ｗとの熱交換を促進し、モータ１を一層効果的に冷却することができる。

また、前記複数のフイン１６は、それらの羽根車５側の端部を円環部１６ａによって互いに連結するとともに放射状に配置することが望ましい。このように円環部１６ａを設けることで、羽根車５から羽根裏部への異物の流入抵抗を増すことができる。また、複数のフイン１６を放射状に配置することで、これらのフイン１６が吐出水の流れを妨げる作用を小さくすることができる。

なお、実施形態では、本発明に係るポンプ装置を水中ポンプとして使用して説明しているが、水中ポンプのみならずモータ１によって駆動される他のポンプにも使用可能である。

本発明に係るポンプ装置の実施形態を示す縦断面図である。要部の拡大断面図である。伝熱促進部の変形例を示す説明図である。本発明に係るポンプ装置の他の実施形態を示す縦断面図である。

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冷却液
８メカニカルシール
１０冷却液循環羽根
１１区画部材
１２冷却液流路
１４冷却筒部
３１Ｃ放熱隔壁
３１Ｆ伝熱促進部

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の外周を取り囲んで設けた冷却筒部と、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冷却液とを備えているポンプ装置において、
前記羽根車の外周部に、メカニカルシール室とポンプ吐出液を隔離してポンプ吐出液と直接接触する放熱隔壁を有し、メカニカルシール室内に前記隔壁に沿った冷却液流路を形成する区画部材が設けられ、この区画部材は冷却液の流速が流路進入前よりも増大するように配置されており、前記冷却液流路と連通し該流路よりもモータフレーム側に配置され、かつ、ポンプ主軸と連動して回転する冷却液循環羽根を備えたことを特徴とするポンプ装置。
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記冷却液循環羽根を、メカニカルシールの外周部に設けたことを特徴とするポンプ装置。
請求項１または請求項２に記載のポンプ装置において、
前記放熱隔壁の冷却液流路側表面に、伝熱促進部を形成したことを特徴とするポンプ装置。
請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載のポンプ装置において、
前記放熱隔壁の内周側ボス部が階段状に形成され、この階段状のボス部を階段状に形成された前記区画部材により取り囲んで、該区画部材と前記ボス部の間に前記放熱隔壁から前記冷却液循環羽根に至る前記冷却液流路が形成されていることを特徴とするポンプ装置。