JP2019196721A - Water pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インペラの回転により流体を流通させるウォータポンプに関する。 The present invention relates to a water pump that circulates fluid by rotation of an impeller.
従来、流体を流通させる際、ウォータポンプが利用されてきた。この種のウォータポンプに、インペラが一体回転するように固定された回転軸を回転させて流体を流通させるものがある(例えば特許文献1)。 Conventionally, when circulating a fluid, a water pump has been used. Some water pumps of this type circulate a fluid by rotating a rotating shaft fixed so that the impeller rotates integrally (for example, Patent Document 1).
特許文献1には水冷式エンジン等に使用されるウォータポンプが記載されている。このウォータポンプは、ポンプボディ内に軸受けを介して回転軸が回転自在に支持されている。回転軸の一端にはプーリブラケットを介して駆動プーリがボルト止めによって固定され、回転軸の他端にはインペラが圧入等により回転一体に固着される。インペラが回転軸と共に回転し冷却水を循環させて水冷式エンジン等を冷却する。インペラと軸受けとの間の領域であって回転軸の外周囲には環状のメカニカルシールが配設されている。メカニカルシールと軸受けとの間には空間が形成され、当該空間には、インペラが収容される収容室からメカニカルシールを通って漏れ出た冷却水が流れ込む。この空間には、液相の冷却水を排出するドレン排出孔が形成されて、液相の冷却水はドレン排出孔を介して貯留空間に回収される。一方、空間内には、気相の冷却水(水蒸気)を排出するベーパ排出孔も形成されている。これにより、メカニカルシールから漏れ出た冷却水がウォータポンプ外へ流出することを抑制している。 Patent Document 1 describes a water pump used for a water-cooled engine or the like. In this water pump, a rotating shaft is rotatably supported in a pump body via a bearing. A driving pulley is fixed to one end of the rotating shaft by bolting via a pulley bracket, and an impeller is fixed to the other end of the rotating shaft by press fitting or the like. An impeller rotates with a rotating shaft to circulate cooling water to cool a water-cooled engine or the like. An annular mechanical seal is disposed in the region between the impeller and the bearing and on the outer periphery of the rotating shaft. A space is formed between the mechanical seal and the bearing, and cooling water leaked through the mechanical seal from the storage chamber in which the impeller is stored flows into the space. In this space, a drain discharge hole for discharging the liquid phase cooling water is formed, and the liquid phase cooling water is collected in the storage space through the drain discharge hole. On the other hand, a vapor discharge hole for discharging gas-phase cooling water (water vapor) is also formed in the space. Thereby, the cooling water leaking from the mechanical seal is suppressed from flowing out of the water pump.
ウォータポンプの動作中、インペラが収容される収容室内の圧力は当該収容室外(空間)の圧力よりも高くなる。このため、特許文献1に記載の技術のようにメカニカルシールを介して漏れ出た冷却水を回収するように構成しても、ウォータポンプの動作中は、収容室内と当該収容室外との間で圧力差が生じているので、根本的にメカニカルシールから空間への冷却水の漏れをなくすことができない。よって、メカニカルシールの摩耗により冷却水の漏れが増大した場合には、軸受けにも冷却水が浸入し、軸受けが故障するおそれがある。更には、軸受けを介して冷却水が漏れ出た場合には軸受け以外の部位も故障する可能性がある。 During the operation of the water pump, the pressure in the storage chamber in which the impeller is stored becomes higher than the pressure outside the storage chamber (space). For this reason, even if it is comprised so that the cooling water which leaked through the mechanical seal like the technique of patent documents 1 may be collected, it is between the storage room and the outside of the storage room during operation of the water pump. Since the pressure difference is generated, the leakage of the cooling water from the mechanical seal to the space cannot be fundamentally eliminated. Therefore, when the leakage of cooling water increases due to wear of the mechanical seal, the cooling water may enter the bearing and the bearing may break down. Furthermore, when cooling water leaks through a bearing, parts other than the bearing may also break down.
そこで、インペラを収容する収容室からの流体の漏れを抑制することが可能なウォータポンプが求められる。 Therefore, a water pump capable of suppressing fluid leakage from the storage chamber that stores the impeller is required.
本発明に係るウォータポンプの特徴構成は、回転軸と一体回転可能に支持されたインペラと、前記インペラを収容する収容室と、前記収容室の内側の圧力である第1圧力よりも高い圧力である第2圧力の流体が供給される供給室と、前記収容室と前記供給室との間に前記第1圧力が作用する第1面及び前記第2圧力が作用する第2面を有するシール部材が設けられ、前記回転軸に対して摺動可能に配置されるメカニカルシールと、を備えている点にある。 The characteristic configuration of the water pump according to the present invention includes an impeller that is supported so as to rotate integrally with a rotating shaft, a storage chamber that stores the impeller, and a pressure higher than a first pressure that is a pressure inside the storage chamber. A seal member having a supply chamber to which a fluid having a second pressure is supplied, a first surface on which the first pressure acts between the storage chamber and the supply chamber, and a second surface on which the second pressure acts And a mechanical seal disposed so as to be slidable with respect to the rotating shaft.
一般的に、ウォータポンプの流体が収容室から外部に漏れる原因は、主に(1)メカニカルシールの摺動面の摩耗によるシール面積の減少、(2)流体に混在する異物により形成されるメカニカルシールの摺動面の傷、(3)メカニカルシールのシール部材への異物の噛み込み、であると考えられている。そこで、上記特徴構成とすれば、メカニカルシールの摺動面の摩耗、摺動面の傷によりシール性が悪化した場合であっても、収容室における第1圧力よりも高い第2圧力をシール部材に対して作用させることができるので、メカニカルシールの摺動面のシール性を維持することができる。したがって、メカニカルシールを介した収容室側から供給室側への流体の漏れを抑制できる。また、このような構成とすれば、従来のベーパ排出孔のような外部と連通する構成は不要であるので、ウォータポンプ内に異物が入ることも防止できる。したがって、メカニカルシールが異物を噛み込むことによる傷の発生を防止できる。 In general, the cause of the water pump fluid leaking outside from the storage chamber is mainly due to (1) a decrease in the seal area due to wear of the sliding surface of the mechanical seal, and (2) a mechanical formed by foreign matter mixed in the fluid. This is considered to be a scratch on the sliding surface of the seal, and (3) biting of foreign matter into the seal member of the mechanical seal. Therefore, with the above-described characteristic configuration, even when the sealing performance is deteriorated due to wear of the sliding surface of the mechanical seal or damage to the sliding surface, the second pressure higher than the first pressure in the housing chamber is applied to the sealing member. Therefore, the sealing performance of the sliding surface of the mechanical seal can be maintained. Therefore, fluid leakage from the storage chamber side to the supply chamber side via the mechanical seal can be suppressed. Further, with such a configuration, a configuration that communicates with the outside, such as a conventional vapor discharge hole, is not necessary, and foreign matter can be prevented from entering the water pump. Therefore, generation | occurrence | production of the damage | wound by a mechanical seal biting in a foreign material can be prevented.
また、前記供給室には、前記第2圧力の流体が過給機から供給されると好適である。 In addition, it is preferable that the second pressure fluid is supplied to the supply chamber from a supercharger.
このような構成とすれば、第2圧力の流体を容易に生成することができる。また、過給機は、ウォータポンプが設けられる装置に、別途設けられているものを併用できるので、新たに設ける必要がなく、低コストで実現できる。 With such a configuration, the fluid having the second pressure can be easily generated. In addition, since the supercharger can be used together with a device provided with a water pump, it is not necessary to newly provide it and can be realized at low cost.
また、前記第2面は、前記第1面に対向し、前記第1面の面積よりも広い面積からなると好適である。 In addition, it is preferable that the second surface is opposed to the first surface and has an area larger than the area of the first surface.
このような構成とすれば、シール部材を第2面から押圧することができる。したがって、シール部材のシール性を高めることが可能となる。 With such a configuration, the seal member can be pressed from the second surface. Therefore, it becomes possible to improve the sealing performance of the seal member.
本発明に係るウォータポンプは、インペラが収容される収容室から流体が漏れ出さないように構成される。以下、本実施形態のウォータポンプ1について説明する。図1は、本実施形態に係るウォータポンプ1の側方断面図である。図2は、メカニカルシール40の側方断面図である。ウォータポンプ1は、インペラ10、収容室20、供給室30、メカニカルシール40を備えて構成される。
The water pump according to the present invention is configured so that the fluid does not leak from the storage chamber in which the impeller is stored. Hereinafter, the water pump 1 of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a side sectional view of a water pump 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a side sectional view of the
インペラ10は、回転軸50と一体回転可能に支持される。回転軸50は、ウォータポンプ1を運転するための回転力が例えば内燃機関やモータ等から入力される。内燃機関やモータからの回転力をプーリ51を介して入力するように構成することが可能である。インペラ10は回転軸50と連結固定され、当該インペラ10は回転軸50に回転力が入力された場合に回転軸50と共に回転するように構成される。
The
収容室20は、インペラ10を収容する。収容室20は、ポンプハウジング21で形成されたインペラ10を内包する空間である。収容室20には流体が導入される導入口22と流体が流出する流出口23とが設けられる。図1の例では、導入口22は回転軸50の軸方向外側に設けられ、流出口23はインペラ10の径方向外側に設けられる。インペラ10が回転することにより、流体は導入口22から吸入され、流出口23から吐出される。
The
収容室20の内側には流体による圧力(後述する「内側の圧力」)が発生している。収容室20の内側の圧力とは、ウォータポンプ1が運転している際にはインペラ10の回転に応じて加圧された流体の圧力が相当し、ウォータポンプ1が運転していない際には収容室20に導入されている流体の圧力或いは収容室20内の空気の圧力が相当する。このような圧力を本実施形態では第1圧力と称する。
Pressure due to fluid (“inside pressure” to be described later) is generated inside the
供給室30には、この第1圧力より高い圧力の流体が供給される。本実施形態では、このような第1圧力より高い圧力を第2圧力と称する。供給室30は、収容室20と同様に、ポンプハウジング21内に形成される。本実施形態では、供給室30には第2圧力の流体は過給機31から供給される。この時、過給機31と供給室30との間に、過給機31からの第2圧力の流体を貯留するタンク32と電磁弁33とを備えると好適である。また、タンク32には、タンク32内の第2圧力の流体が過給機31側に逆流しないように、逆止弁34を設けると良い。電磁弁33は、制御により開状態と閉状態とに切り替え可能な弁である。電磁弁33は、供給室30の圧力が第1圧力よりも低くならないように、例えば所定時間毎に開状態にすると良い。もちろん、供給室30内の圧力を検出し、この検出結果に応じて電磁弁33を開状態にするように構成しても良い。これにより、供給室30に第2圧力の流体を供給することが可能となる。
The
メカニカルシール40は、ポンプハウジング21に固定され、回転軸50に対して摺動可能に配置される。図2に示すように、メカニカルシール40は、第1固定部材71、第2固定部材72、第3固定部材73、第4固定部材74、第1支持部材75、第2支持部材76、第1シール部材77(「シール部材」の一例)、及び第2シール部材78を備えて構成される。本実施形態では、第1固定部材71、第2固定部材72、第3固定部材73、及び第4固定部材74は金属材料を用いて構成され、第1支持部材75、及び第2支持部材76は弾性材料を用いて構成される。また、第1シール部材77、及び第2シール部材78は耐摩耗性材料を用いて構成される。もちろん、これらは別の特性を有する材料を用いて構成することも可能である。
The
第1固定部材71はポンプハウジング21に嵌合挿入され、ポンプハウジング21に固定される。第2固定部材72及び第3固定部材73は、第1固定部材71との間で第1支持部材75を挟持する。第4固定部材74は第1固定部材71との間に隙間(後述する「連通路35」を形成)を有し、且つ、回転軸50に対して摺動可能に設けられる。第4固定部材74は一方の端部74Aが第1固定部材71の径方向内側部71Aよりも径方向外側に位置するように径方向外側に向けて折り曲げられる。これにより、第1固定部材71からの第4固定部材74の抜けが防止される。第4固定部材74は第2支持部材76を支持する。
The first fixing
第1シール部材77及び第2シール部材78は当接して回転軸50に直交する摺動面を形成するように第1支持部材75及び第2支持部材76の間で挟持される。第1シール部材77は第1固定部材71との間に隙間36を有するように設けられ、第2シール部材78は第4固定部材74との間に隙間37を有するように設けられる。
The
このような構成において回転軸50が回転すると、第1シール部材77の第1面41には第1圧力が作用し、第2面42には第2圧力が作用することになる。ここで、第1面41とは、第1シール部材77が有する面のうち、収容室20側を向く面である。第1圧力の流体は、第1面41を押圧すると共に、隙間37を介して第2シール部材78と第4固定部材74と第2支持部材76とで形成される空間に流通し、上記摺動面と反対側の面からも第2シール部材78を押圧する。第2面42は、第1シール部材77が有する面のうち、連通路35及び隙間36に連通し、第1固定部材71と第1支持部材75と共に空間を形成する面である。第2圧力の流体は、連通路35と隙間36とを介して第2面42と第1固定部材71と第1支持部材75とで形成された空間に流通し、第2面42を第2シール部材78の方に向けて押圧する。
When the
図2の例では、第1面41が受ける第1圧力と第3面43が受ける第2圧力との和よりも、第2面42が受ける第2圧力の方が大きくなるように構成される。これにより、第1シール部材77を受圧差に応じた力で第2シール部材78側に押圧することができる。したがって、第1シール部材77と第2シール部材78との間の摺動面のシール性を高めることができ、当該摺動面を介する収容室20の流体の漏れを抑制できる。なお、第1シール部材77が第2シール部材78側に押圧されるが、上述したように第1支持部材75は弾性材料で形成されているので、第1シール部材77と第1支持部材75との間のシール性は保持され、第1シール部材77と第1支持部材75との間からの流体の漏れは生じない。また、第1シール部材77による第2シール部材78の押し付け力の強度が大きい場合でも、第2支持部材76が弾性材料で形成されているので、第1シール部材77による押し付け力を第2支持部材76で吸収し、第1シール部材77に対する第2シール部材78の摺動が妨げられることがない。
In the example of FIG. 2, the second pressure received by the
ここで、第2面42は、第1面41に対向し、第1面41の面積よりも広い面積からなると好適である。これにより、第1シール部材77に対して、第2圧力の受圧面積を第1圧力の受圧面積よりも広くすることができるので、第1面41に作用する力よりも第2面42に作用する力を大きくすることができる。したがって、第1シール部材77と第2シール部材78との間のシール性を高めることが可能となる。
Here, the
また、メカニカルシール40は、上述したように、第4固定部材74により回転軸50に対して摺動可能かつ押圧力を持って配置される。このため、第4固定部材74は回転軸50との間を封止し、収容室20と供給室30とを連通しない。しかしながら、ウォータポンプの流体が収容室から外部に漏れる原因として挙げた上記(1)〜(3)により意図せず微小な隙間60を有する場合がある。ただし、微小な隙間60を有する場合であっても、収容室20側の第1圧力の流体に対して、供給室30側の第2圧力の流体が作用するので、収容室20の流体が供給室30側に漏れ出すことを抑制できる。
Further, as described above, the
以上のようにウォータポンプ1は構成され、ウォータポンプ1により流通される流体が収容室20から供給室30へ漏れ出すのを抑制できる。
As described above, the water pump 1 is configured, and the fluid circulated by the water pump 1 can be prevented from leaking from the
[その他の実施形態]
上記実施形態では、供給室30には第2圧力の流体が過給機31から供給されるとして説明した。過給機31に代えて、コンプレッサ等の圧縮流体を出力する圧縮機から第2圧力の流体を供給するように構成することも可能である。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, it has been described that the fluid of the second pressure is supplied from the
また、上記実施形態では、過給機31と供給室30との間にタンク32と電磁弁33とを備え、タンク32には逆止弁34を設けると良いとして説明した。しかしながら、タンク32と電磁弁33とを備えずに構成することも可能である。この場合、供給室30に逆止弁34を設け、過給機31から供給室30に第2圧力の流体を供給するように構成すると良い。係る場合でも、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
Further, in the above embodiment, it has been described that the
上記実施形態では、第2面42は、第1面41に対向し、第1面41の面積よりも広い面積からなるとして説明した。しかしながら、第2面42と第1面41とが互いに対向しないで設けることも可能である。また、第2面42の面積は第1面41の面積と同じように構成することも可能であるし、第2面42の面積は第1面41の面積よりも小さくなるように構成することも可能である。いずれにしても、第1シール部材77を受圧差に応じた力で第2シール部材78側に押圧することにより、第1シール部材77と第2シール部材78との間の摺動面のシール性を高めると良い。
In the above embodiment, the
本発明は、インペラの回転により流体を流通させるウォータポンプに用いることが可能である。 The present invention can be used in a water pump that allows fluid to flow through rotation of an impeller.
1:ウォータポンプ
10:インペラ
20:収容室
30:供給室
31:過給機
40:メカニカルシール
41:第1面
42:第2面
50:回転軸
77:第1シール部材(シール部材)
1: Water pump 10: Impeller 20: Storage chamber 30: Supply chamber 31: Supercharger 40: Mechanical seal 41: First surface 42: Second surface 50: Rotating shaft 77: First seal member (seal member)
Claims (3)
前記インペラを収容する収容室と、
前記収容室の内側の圧力である第1圧力よりも高い圧力である第2圧力の流体が供給される供給室と、
前記収容室と前記供給室との間に前記第1圧力が作用する第1面及び前記第2圧力が作用する第2面を有するシール部材が設けられ、前記回転軸に対して摺動可能に配置されるメカニカルシールと、
を備えるウォータポンプ。 An impeller that is supported so as to rotate integrally with the rotating shaft;
A storage chamber for storing the impeller;
A supply chamber to which a fluid having a second pressure that is higher than a first pressure that is a pressure inside the storage chamber is supplied;
A seal member having a first surface on which the first pressure acts and a second surface on which the second pressure acts is provided between the storage chamber and the supply chamber, and is slidable with respect to the rotating shaft. A mechanical seal to be arranged;
Water pump equipped with.
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