JP2519466Y2 - ガスシール型モータポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、ガスシール型モータポンプに係り、ガスシ
ール室内の液面上昇を阻止するとともにポンプ軸推力を
平衡または大幅に軽減する構造に関する。

（従来の技術） 一般に、キャンドモータポンプは、ポンプ取扱液の一
部をキャンドモータ部に循環することによって、キャン
ドモータ部の固定子および回転子の冷却と軸受の潤滑を
行なっているが、スラリー含有液、高粘度液、重合や凝
固を生じ易い液および軸受に対する腐蝕性の高い液など
のようにキャンドモータ部へ循環させると故障の原因と
なる液を取扱う場合には、ガスシール型キャンドモータ
ポンプが採用されている。

このガスシール型キャンドモータポンプは、第４図に
示すように、ポンプ部１の上側にガスシール室２を介し
てキャンドモータ部３を気密に一体に構成し、このキャ
ンドモータ部３のロータ室４とガスシール室２とをメカ
ニカルシール５にて軸封することにより、ポンプ室６か
らガスシール室２内へ流入したポンプ取扱液７をガスシ
ール室２内に封入したガス体８にて遮断してメカニカル
シール５へ到達させず、すなわちキャンドモータ部３を
ポンプ取扱液７からシールする構成となっている。

また、回転軸９の回転に伴ってガスシール室２内のポ
ンプ取扱液７に擾乱が生じることにより、ガスシール室
２内のガス体８がポンプ取扱液７に巻き込まれてポンプ
室６へと漏出し、その分、ポンプ室６からポンプ取扱液
７がガスシール室２内へ流入してガスシール室２内の液
面が上昇し、遂にはメカニカルシール５に到達してメカ
ニカルシール５を破損に至らし、ガスシール作用が損な
われるので、ガスシール室２内のポンプ取扱液７の擾乱
を防ぐ手段が必要であり、同図に示すように、ガスシー
ル室２内に複数の邪魔板10を放射状に配設する構成が提
案されている（実公昭45-8285号公報。以下、従来例１
という。）。

同様の目的で、第５図に示すように、ガスシール室２
とポンプ室６との仕切体11に設けた軸貫通部12に、回転
軸９との間に若干の間隙ｄを形成してスリーブ13を設
け、このスリーブ13をガスシール室２側に延在させ、こ
のスリーブ13の基部と先端部とにそれぞれ前記間隙ｄと
ガスシール室２とを連通する流体通孔14,15を設けて、
ガスシール室２内の液面をスリーブ13の先端部に設けた
流体通孔14により設定するとともにスリーブ13の基部に
設けた流体通孔15よりガスシール室２内へポンプ取扱液
７を供給することにより、ポンプ運転中は回転軸９とス
リーブ13との間隙ｄを常時ポンプ取扱液７で満たしてガ
スシール室２内の液面を安定化させて、ガスシール室２
内のガスの漏出を阻止する構成のガスシール型キャンド
モータポンプも提案されている（実公昭57-22072号公
報。以下、従来例２という。） しかし、これら従来例１および従来例２の構成のガス
シール型キャンドモータポンプであっても、ポンプ吸込
圧力が高くて、またはポンプ吐出圧力が高くて主インペ
ラ16の裏側圧力が高くなる場合は、ガスシール室２内の
圧力も高くなって、ガスシール室２内の液面が安定して
いるにも拘わらず、ポンプ運転時間の経過とともに液面
が漸次上昇する傾向となる難点があった。

そこで、第６図に示すように、従来例２の構成のガス
シール型キャンドモータポンプにおいて、回転軸９の軸
貫通部12と主インペラ16との間の仕切体11の一部に前記
軸貫通部12と前記ポンプ室６とに連通する補助ポンプ室
17を設け、この補助ポンプ室17内を挿通する回転軸９に
圧力低減羽根18を軸着して設け、この圧力低減羽根18の
外周部の圧力を主インペラ16の裏側圧力よりも高くする
とともにガスシール室２内の圧力を静止時に比べて低く
することにより、主インペラ16側のポンプ取扱液７をガ
スシール室２内に流入させず、ガスシール室２内のガス
の漏出による液面上昇を阻止する構成のガスシール型キ
ャンドモータポンプが提案されている（実公平1-10496
号公報。以下、従来例３という。） この従来例３の構成のガスシール型キャンドモータポ
ンプによれば、従来例１および従来例２の構成のガスシ
ール型キャンドモータポンプに比べて、ガスシール室２
内の液面上昇を阻止する効果は高くなるが、本考案者ら
の実験によれば、圧力低減羽根18の外周部の圧力Pdと主
インペラ16の裏側圧力P₀との関係か常にPd＞P₀の状態で
あっても、ポンプ吸込圧力によってはガスシール室２内
の液面が次第に上昇し、あるいは急激に上昇する場合が
あった。

すなわち、圧力低減羽根18の外周部の圧力Pdと主イン
ペラ16の裏側圧力P₀との関係か常にPd＞P₀の状態であっ
ても、ポンプ吸込圧力が高いために主インペラ16の裏側
圧力P₀が高くなる場合は、それに伴ってガスシール室２
内の圧力も高くなってガスシール室２内の液面が上昇
し、逆に従来例１および従来例２の構成のガスシール型
キャンドモータポンプであっても、ポンプ吸込圧力が低
くて主インペラ16の裏側圧力P₀が低くなる場合は、それ
に伴ってガスシール室２内の圧力も低くなってガスシー
ル室２内の液面は上昇しないとの実験結果を得、ガスシ
ール室２内の圧力を負圧にすればする程、ガスシール室
２内の液面が上昇しなくなることを突き止めた。

従って、この実験結果によれば、従来例３の構成のガ
スシール型キャンドモータポンプにおける圧力低減羽根
18は、ポンプ吸込圧力が高くて主インペラ16の裏側圧力
が圧力低減羽根18の発生圧力差分程度の正圧となって
も、ガスシール室２内を負圧に保持する手段の１つであ
ると言える。

（考案が解決しようとする課題） ところで、従来例３の構成のガスシール型キャンドモ
ータポンプによれば、前述のように、ガスシール室２内
の液面上昇を阻止する効果はかなり高くなるが、ガスシ
ール室２とポンプ室６との間に圧力低減羽根18を内包す
る補助ポンプ室17を構成するために、構造が複雑となっ
て加工組立が煩雑となり、およびポンプ軸推力が大きく
なる欠点がある。

すなわち、ガスシール室２内の液面上昇を阻止するた
めには、圧力低減羽根18を設けてガスシール室２内の圧
力を主インペラ16の裏側圧力よりも低くすると共に、主
インペラ16のバランスホール19をできる限り大きくして
主インペラ16の裏側圧力を低くすることにより、ガスシ
ール室２内を負圧に保持する必要があるが、主インペラ
16に生じる軸推力成分を低減する手段としての前記バラ
ンスホール19を大きくすると、主インペラ16に上方への
過大な軸推力成分が生じ、加えて圧力低減羽根18にも上
方へのかなりの軸推力成分が生じるので、ポンプ全体と
して上方への大きな軸推力が生じ、軸受の早朝摩耗の原
因となる。

なお、キャンドモータにて駆動するガスシール型モー
タポンプのほか、汎用モータにて駆動するガスシール型
モータポンプにおいても同様の問題がある。

本考案は上記問題点に鑑みて成されたもので、従来例
１および従来例２のような構成のガスシール型キャンド
モータポンプに簡単な改造を施すことにより、加工組立
が比較的容易であり、ガスシール室内の液面上昇を阻止
する効果が高く、ポンプ軸推力を平衡または大幅に軽減
できるガスシール型モータポンプを提供することを目的
とする。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 本考案のガスシール型モータポンプの構成は、ポンプ
部の上側にガスシール室を気密に一体に構成し、メカニ
カルシールにて軸封して前記ガスシール室の上方へ突出
させた回転軸をモータ部に連結してなるガスシール型モ
ータポンプにおいて、前記ポンプ部のポンプ室内に吸込
側を下側にして主インペラを配設し、この主インペラの
後面側に副インペラを一体に設けて複合インペラを形成
し、前記ポンプ室と前記ガスシール室とを区画する仕切
体と前記副インペラとの間に、狭い環状隙間の内径側オ
リフィスおよび外径側オリフィスを形成して、前記副イ
ンペラの吸込側を前記ガスシール室側へ開口連通すると
ともに前記両オリフィスと前記仕切体および前記副イン
ペラとで囲繞した圧力バランス室を形成し、この圧力バ
ランス室を前記複合インペラに穿設したバランスホール
を介して前記主インペラの吸込側に連通してなるもので
ある。

（作用） 本考案のガスシール型モータポンプは、複合インペラ
の副インペラの発生圧力差によって、この副インペラの
吸込側に連通されたガスシール室内の圧力がポンプ吸込
口の圧力より低くなり、その分、ポンプ吸込圧力がある
程度高くなってもガスシール室内の圧力を負圧に保持で
きてガスシール室内の液面上昇が阻止できる。

また、ガスシール室内の圧力はバランスホールの影響
を殆ど受けないので、バランスホールは圧力バランス室
の圧力を調整して複合インペラの軸推力成分を加減する
目的のみに使用でき、加えて上方へのかなりの軸推力成
分を生じる独立した圧力低減羽根もないので、ポンプ全
体としての軸推力が平衡または大幅に軽減できる。

（実施例） 次に、本考案の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、本考案を前記第４図に示す従来例１の構成
のガスシール型キャンドモータポンプに適用した一実施
例を示し、図中、同一構成部材は同一符号で示しその説
明は省略する。

ポンプ部１の上側にガスシール室２を気密に一体に構
成し、このガスシール室２を貫通してポンプ部１へ突出
した回転軸９をガスシール室２とキャンドモータ部３間
においてメカニカルシール５にて軸封して構成したガス
シール型キャンドモータポンプにおいて、前記ポンプ部
１のポンプ室６内に吸込側20を下側にして主羽根21の外
径より後面シュラウド22の外径を大きくした主インペラ
16を配設し、この主インペラ16の後面シュラウド22に複
数の副羽根23を介して副シュラウド24を並設し、溶接な
どの手段にて後面シュラウド22に一体的に固着すること
により、副羽根23と副シュラウド24および後面シュラウ
ド22からなり主インペラ16よりも外径の大きな副インペ
ラ25を主インペラ16の後面側に一体に設けて複合インペ
ラ26を形成する。

そして、前記副シュラウド24の内径部に上方へ突出す
る環状突縁24aを設け、複合インペラ26のボス部との間
に副インペラ25の吸込側27を形成してこの吸込側27をガ
スシール室２に開口連通するとともに、ポンプ室６とガ
スシール室２とを区画する仕切体11の内径部から下方へ
突出する環状突縁11aとの間に形状方向の狭い環状隙間
を設けて内径側オリフィス28を形成し、前記副シュラウ
ド24の中間径部に上方へ突出する環状突縁24bを設け、
仕切体11の中間段部11bとの間に径方向の狭い環状隙間
を設けて外径側オリフィス29を形成する。

また、副シュラウド24と後面シュラウド22とを連ねて
貫通する穴を複数組穿設してこの各組の穴にそれぞれ栓
体30を嵌挿して溶着し、前記両オリフィス28,29と仕切
体11および副インペラ24にて囲繞形成した圧力バランス
室31を各栓体30にそれぞれ穿設したバランスホール19を
介して主インペラ16の吸込側20へ連通する。

32は渦室、33は圧力バランス室31よりも外径側の副シ
ュラウド24と仕切体11との間に形成されるポンプ後側
室、34はポンプ吐出口、35はポンプ吸込口である。

このように構成した実施例のガスシール型キャンドモ
ータポンプを運転すると、ポンプ吸込口35から吸い込ま
れて主インペラ16にて付勢されて渦室32へ流出したポン
プ取扱液７の殆どはポンプ吐出口34から吐出され、残り
の一部は渦室32からポンプ後側室33を通って径方向の狭
い環状隙間の外径側オリフィス29に至り、この外径側オ
リフィス29にて降圧されて圧力バランス室31に流入し、
この圧力バランス室31からごく一部は径方向の狭い環状
隙間の内径側オリフィス28を通って降圧されて副インペ
ラ25の吸込側27に至り、残りの大部分はバランスホール
19を通って主インペラ16の吸込側20へと流れて循環さ
れ、前記圧力バランス室31から内径側オリフィス28を通
って副インペラ25の吸込側27へ流れるごく僅かのポンプ
取扱液７は副インペラ25に付勢されて渦室32へと循環さ
れ、前記副インペラ25の発生圧力差によってこの副イン
ペラ25の吸込側27に連通されたガスシール室２内の圧力
がポンプ吸込口35の圧力より低くなる。

すなわち、主インペラ16の全揚程をＨ、ポンプ吸込口
35における圧力水頭をhs、速度水頭をhvs、ポンプ吐出
口34における圧力水頭をhd、速度水頭をhvdとし（hvd＞
hvs）、副インペラ25の全揚程をＨ′とすると、副イン
ペラ25の外径は主インペラ16の外径よりも大きいため、
Ｈ′＞Ｈであり、副インペラ25によって循環されるポン
プ取扱液７の流量は前述のようにごく僅かで副インペラ
25は締切に近い状態で運転されており、副インペラ25の
吸込側27と吐出側である渦室32とにおける速度水頭差は
重視し得るので、副インペラ25の吸込側27の圧力水頭h
s′は、 hs′≒hd−Ｈ′＜hd−Ｈ（∵Ｈ′＞Ｈ） ＝hd−〔（hd−hs）＋（hvd−hvs）〕 ＝hs−（hvd−hvs）＜hs となって、ポンプ吸込口35の圧力水頭hsよりも低くな
る。

換言すれば、ポンプ取扱液７の比重量をｒとすると、
ガスシール室２内の圧力は常にポンプ吸込圧力よりも約
ｒ（Ｈ′−Ｈ）だけ低くなるので、ポンプ吸込圧力が約
ｒ（Ｈ′−Ｈ）の正圧に達しなければ、ガスシール室２
内の圧力を負圧に保持できて液面上昇を阻止することが
できる。

また、このガスシール室２内の圧力はバランスホール
19の大きさの影響を殆ど受けないので、従来例３のよう
にガスシール室２内の圧力がバランスホール19の影響を
受ける構成のガスシール型キャンドモータポンプに比べ
て、バランスホール19は圧力バランス室31の圧力を調整
して複合インペラ26の軸推力成分を加減する目的のみに
使用でき、加えて上方へのかなりの軸推力成分を生じる
独立した圧力低減羽根18も無いので、ポンプ全体として
の軸推力が平衡または大幅に軽減できる。

さらに、この実施例のガスシール型キャンドモータポ
ンプは、従来例３の構成のガスシール型キャンドモータ
ポンプに比べて、加工組立が容易で、従来例１または従
来例２の構成のガスシール型キャンドモータポンプに追
加工を施すだけで構成でき、すなわち既存の主インペラ
16の後面側に副インペラ25を付加して一体に複合インペ
ラ26を形成し、仕切体11を追加工して副インペラ25との
間に内径側オリフィス28および外径側オリフィス29を形
成するだけの簡単な改造だけで実施でき、既設のポンプ
にも容易に適用できる。

前記実施例においては、副インペラ25の外径は主イン
ペラ16の外径よりも大きく設定したが、ポンプ吸込圧力
がそれ程高くなくてガスシール室２内を負圧に保持でき
る場合は、第２図に示すように副インペラ25の外径を主
インペラ16と同径にしてもよく、バランスホール19も栓
体30を設けずに副シュラウド24の内径部のみに直接穿設
し、または同図に示すように副シュラウド24と後面シュ
ラウド22の両方の内径部に対向させて穿設してもよい
が、第１図に示す実施例のように、副インペラ25の外径
を主インペラ16の外径よりも大きくする程、およびバラ
ンスホール19を副インペラ25のインペラ流路内に連通し
ない方が、ガスシール室２内の圧力をより低減できるの
で最適である。

また、前記各実施例においては、既存の主インペラ16
を用いるために、主インペラ16の後面側に副インペラ25
を一体に溶着して複合インペラ26を構成したが、既存の
主インペラ16を用いない場合は、第３図に示すように、
主インペラ16の後面シュラウド22を厚肉に形成し、この
後面シュラウド22にドリルにて複数のキリ穴36を穿設し
た所謂キリ穴インペラを副インペラ25として構成するこ
とにより、複合インペラ26を形成してもよい。

なお、この場合も、バランスホール19は同図に示すよ
うに副インペラ25の各キリ穴36と交差せずに後面シュラ
ウド22を貫通させれば最適である。

以上、本考案をガスシール室２内のポンプ取扱液７の
擾乱を防ぐためにガスシール室２内に複数の邪魔板10を
放射状に配設したガスシール型キャンドモータポンプに
適用した実施例について説明したが、前記第５図に示す
ように、仕切体11にガスシール室２の上方へ延在するス
リーブ13を一体に設け、このスリーブ13の基部に流体通
孔14,15を穿設してガスシール室２内のポンプ取扱液７
の擾乱を防ぐ構成のガスシール型キャンドモータポンプ
にも勿論適用でき、またキャンドモータポンプに限ら
ず、図示しないが、汎用モータにて駆動するガスシール
型モータポンプにも同様に適用でき、内径側オリフィス
と外径側オリフィスも径方向の狭い環状隙間のほか、回
転軸がすべり軸受ではなく、ボール軸受にて支持される
場合のように複合インペラに軸方向位置の変化が生じな
い場合には、軸方向の狭い環状隙間を設けて形成しても
よい。

〔考案の効果〕

本考案のガスシール型モータポンプによれば、複合イ
ンペラの副インペラの発生圧力差によってこの副インペ
ラの吸込側に連通されたガスシール室内の圧力が低下し
てポンプ吸込圧力よりも低くなり、副インペラの外径が
主インペラの外径よりも大きくなる程その作用が強く、
ポンプ吸込圧力がある程度高くなってもガスシール室内
を負圧に保持することができて、ガスシール室内の液面
上昇が阻止できる。

また、ガスシール室内の圧力はバランスホールの影響
を殆ど受けないので、従来例３の構成のようなガスシー
ル型キャンドモータポンプに比べて、バランスホールは
軸推力の調整のみに使用でき、加えて上方への軸推力成
分を生じる圧力低減羽根もないので、ポンプ全体として
の軸推力が平衡または大幅に軽減でき、および加工組立
が比較的容易で従来例１または従来例２の構成のような
ガスシール型キャンドモータポンプに簡単な改造を施す
だけで実施でき、既設のモータポンプにも容易に適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案をガスシール型キャンドモータポンプに
適用した一実施例を示す要部拡大断面図、第２図および
第３図は同上他の実施例を示す要部拡大断面図、第４図
は従来のガスシール型キャンドモータポンプを示す縦断
面図、第５図および第６図はそれぞれ他の従来のガスシ
ール型キャンドモータポンプを示す要部拡大断面図であ
る。 １……ポンプ部、２……ガスシール室、３……キャンド
モータ部、５……メカニカルシール、６……ポンプ室、
９……回転軸、11……仕切体、16……主インペラ、19…
…バランスホール、20……主インペラの吸込側、25……
副インペラ、26……複合インペラ、27……副インペラの
吸込側、28……内径側オリフィス、29……外径側オリフ
ィス、31……圧力バランス室。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ部の上側にガスシール室を気密に一
   体に構成し、メカニカルシールにて軸封して前記ガスシ
   ール室の上方へ突出させた回転軸をモータ部に連結して
   なるガスシール型モータポンプにおいて、 前記ポンプ部のポンプ室内に吸込側を下側にして主イン
   ペラを配設し、この主インペラの後面側に副インペラを
   一体に設けて複合インペラを形成し、前記ポンプ室と前
   記ガスシール室とを区画する仕切体と前記副インペラと
   の間に、狭い環状隙間の内径側オリフィスおよび外径側
   オリフィスを形成して、前記副インペラの吸込側を前記
   ガスシール室側へ開口連通するとともに前記両オリフィ
   スと前記仕切体および前記副インペラとで囲繞した圧力
   バランス室を形成し、この圧力バランス室を前記複合イ
   ンペラに穿設したバランスホールを介して前記主インペ
   ラの吸込側に連通したことを特徴とするガスシール型モ
   ータポンプ。