JP3122011B2 - 水中ポンプ装置 - Google Patents

水中ポンプ装置

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JP3122011B2
JP3122011B2 JP07164600A JP16460095A JP3122011B2 JP 3122011 B2 JP3122011 B2 JP 3122011B2 JP 07164600 A JP07164600 A JP 07164600A JP 16460095 A JP16460095 A JP 16460095A JP 3122011 B2 JP3122011 B2 JP 3122011B2
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pump
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幸夫 村井
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20Controlling water pollution; Waste water treatment

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はメカニカルシール室用浸
水検知器を備えた水中ポンプ装置に係り、特にポンプと
電動機がメカニカルシール室を介して一体に構成されメ
カニカルシール室には油が封入されてシールの潤滑を行
わせている汚水・汚物用水中ポンプ等の水中ポンプ装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】汚水槽の排水に使用する水中ポンプは電
動機と一体に構成され、ポンプ部の圧力水が電動機部に
侵入しないようメカニカルシールを用いている。メカニ
カルシールは摺動部を持っているために長期の使用や、
何らかの異常が発生した場合には圧力水が漏れ、電動機
の絶縁不良事故を引き起こす恐れがある。そのため、信
頼性が重要な装置では、ポンプのメカニカルシール部に
浸水検知器を設け、メカニカルシールからの漏れ量が一
定値になると検知し、電動機を停止させて事故を未然に
防いでいる。
【0003】前述の通り従来技術では、ポンプ側から電
動機側への圧力水の漏れは検知していたが、メカニカル
シールの漏れはポンプ側の圧力水が電動機側へと漏洩す
るばかりではなく、ポンプが低揚程で運転されているよ
うな場合には、ポンプと電動機の中間のメカニカルシー
ル室に封入されている油がポンプ側に漏洩し、長期の運
転後にメカニカルシールの潤滑が出来なくなって焼き付
き事故が発生する場合もあった。
【0004】従来は、例えばポンプのメカニカルシール
室に電極棒方式浸水検知器を組み込むことが行なわれて
いた。メカニカルシール室には油が封入されているが、
温度変化に伴う異常な圧力上昇を避けるためにその上部
には一定の空気量が確保されている。本方式では電極と
ハウジング間の電気抵抗或いは静電容量を検知してお
り、メカニカルシールが健全な状態では電極は油と一部
空気に覆われており、高い抵抗或いは低い静電容量を示
す。ポンプからの水の漏洩があり水が電極に達した場合
にはその抵抗値及び静電容量が変化するので、この検出
値の差を利用してメカニカルシールの異常を検知してい
た。
【0005】図6は従来の電極棒方式の浸水検知器の検
知回路の例である。図6に示すように、電極棒15はコ
ンパレータ16に接続されており、コンパレータ16は
一定の基準信号値と電極棒と接地極(ハウジング)間の
抵抗(即ち、正常な場合にあってはメカニカルシール室
の油の電気抵抗)を比較しており、メカニカルシール室
に水が侵入して電極棒15と接地極間の抵抗が低下した
場合に信号を出力し、出力回路17を介してブレーカ1
8にトリップ信号を出力し、電動機を停止させる。
【0006】図7は従来の他の方式の浸水検知器を組み
込んだ水中ポンプを示す。本方式においては、フロート
方式浸水検知器が水中ポンプに組み込まれている。図7
に示すように、ボルテックス形水中ポンプは、ポンプ部
1と電動機部2とから構成されている。ポンプ部1はポ
ンプケーシング3と中間ケーシング4と羽根車5とから
なり、羽根車5は主軸6に固定されている。中間ケーシ
ング4の上方には下部ブラケット7が固定されており、
下部ブラケット7内がメカニカルシール室8になってい
る。メカニカルシール室8内にメカニカルシール9,1
0が設けられ、中間ケーシング4と主軸6との間の間隙
をシールしている。
【0007】電動機部2は、電動機フレーム11と、電
動機フレーム11内に固定されたステータ12と、ステ
ータ12内に設置されるとともに主軸6に固定されたロ
ータ13とから構成されている。下部ブラケット7に隣
接して浸水検知器室20が形成されており、浸水検知器
室20内にフロート方式浸水検知器21が配設されてい
る。そして、浸水検知器室20の内部は連通路22を介
して上部メカニカルシール10のやや上方に連通されて
いる。
【0008】上下のメカニカルシール9,10に異常が
発生し、メカニカルシール室8内の液(油と漏洩水)が
上部メカニカルシール10から漏洩すると、液は浸水検
知器室20に溜り、浸水検知器21のフロートが浮上し
て異常が検知される。
【0009】図8は本方式に用いる浸水検知器と同形式
の浸水検知器の構造例を示すもので、フロート23内部
に永久磁石24が組み込まれ、フロート23が上下する
ステム25内にリードスイッチ26が組み込まれてお
り、フロート23が浮上することによってリードスイッ
チ26に永久磁石24が近接しスイッチが動作する。本
方式はポンプから浸水検知器室20への液漏れによって
フロート23が浮上し、電極方式とは異なり液質に係わ
らず確実に動作するので信頼性が高いとされている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図6に示す従来の電極
棒方式の浸水検知器においては、抵抗式、静電容量式の
いずれにおいても、水の侵入を前提に保護回路が構成さ
れており、油自体がメカニカルシール室から流失するこ
とに対してはなんら検知手段がなかった。
【0011】また図7及び図8に示す従来のフロート方
式浸水検知器においても、メカニカルシール室内の油の
ポンプ側への流出に対しては全く検知が出来ないという
問題点があった。また、本方式はフロートを収容するた
めに特別の部屋を構成しており、前述の電極棒方式と比
較してコストが高く不利であるという欠点もあった。
【0012】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、一つのセンサによってポンプ側からの水の漏洩に加
えて、メカニカルシール室からの油の漏洩も同時に検知
できるようにしたもので、より信頼性の高いメカニカル
シール室用浸水検知器を備えた水中ポンプ装置を提供す
ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明は、メカニカルシール室を有し電動機と一
体に構成された水中ポンプであって、メカニカルシール
の異常を検知して前記電動機を停止させるための浸水検
知器を備えた水中ポンプ装置において、前記浸水検知器
外電極と内電極とを具備した二重円筒電極からなり、
空気、純油、油と水の混合液の3つの状態の静電容量、
或いはインピーダンスの変化分を検知することで、ポン
プ側からメカニカルシール室へのポンプ取扱液の漏洩を
検知するとともに、前記メカニカルシール室内の封入油
のポンプ側への流出を検知することを特徴とするもので
ある。
【0014】
【作用】本発明によれば、メカニカルシール室に設置さ
れた浸水検知器がポンプ側からメカニカルシール室への
ポンプ取扱液の漏洩を検知するとともに、メカニカルシ
ール室内の封入油のポンプ側への流出を検知する。
【0015】
【実施例】以下、本発明に係る水中ポンプ装置の一実施
例を図面を参照して説明する。図1は本発明の浸水検知
器を組み込んだ水中ポンプ装置を示す断面図である。ボ
ルテックス形水中ポンプは、図1に示すようにポンプ部
1と電動機部2とから構成されている。
【0016】ポンプ部1は、ポンプケーシング3と中間
ケーシング4と羽根車5とからなり、羽根車5は主軸6
に固定されている。中間ケーシング4の上方には下部ブ
ラケット7が固定されており、下部ブラケット7内がメ
カニカルシール室8になっている。そして、中間ケーシ
ング4と主軸6との間には、ポンプ側の圧力水が漏れて
電動機部内へと侵入するのを防ぐためにメカニカルシー
ル9,10が設けられている。これらメカニカルシール
9,10はメカニカルシール室8内に封入された封入油
によって潤滑されている。また潤滑油上部には空間が残
されており、シールの摺動発熱等による潤滑油の異常圧
力上昇を防止している。
【0017】電動機部2は、電動機フレーム11と、電
動機フレーム11内に固定されたステータ12と、ステ
ータ12内に設置されるとともに主軸6に固定されたロ
ータ13とから構成されている。
【0018】図2はメカニカルシールの詳細を示す図で
ある。メカニカルシール9,10は、それぞれ固定環3
1,31と、これと相対し主軸6とともに回転する回転
環32,32と、回転環32,32を固定環31,31
に押しつけるためのコンプレッションリング33,33
とを備えている。そして、コンプレッションリング3
3,33間には圧縮コイルバネ34が介装されている。
【0019】通常は羽根車5が発生する圧力によって下
部メカニカルシール9にはポンプ側から圧力が加わって
いるが、ポンプが極く低揚程で運転されたような場合に
は、羽根車側板と中間ケーシング4の側壁間の円板摩擦
損失によって下部メカニカルシール9の近傍の水圧が負
圧になる場合もある。以上によって下部メカニカルシー
ル9はポンプ側から水が侵入する場合と、メカニカルシ
ール封入油がポンプ側へ漏洩する場合とが発生する。
【0020】本発明においては、図1に示すようにメカ
ニカルシール室8に浸水検知電極からなる浸水検知器4
0が設置されている。図3は本発明に用いる浸水検知器
についてその構造を示したものである。浸水検知器40
は外電極41と内電極42から二重円筒状に構成され、
二つの電極は一つのコンデンサを構成している。外電極
41の円周90゜ごとに、計4つの開口部43が形成さ
れている。外電極41と内電極42間には絶縁材44が
介装され、内電極42内には検知回路部50が収納され
ている。
【0021】メカニカルシール室8へ水が浸入したり、
油が漏失すると、開口部43を通じて二つの電極41,
42間に入った液体の状態が変化するので、電極間の静
電容量とインピーダンスが変化する。また、電極41,
42は二重円筒によって構成されているので、これら電
気特性の変化分は比較的大きく取ることができ、安定し
た検知が可能である。
【0022】図4は図3の浸水検知器40に組み込まれ
ている検知回路部50のブロック図を示している。発振
回路51は100kHz、一定振幅の正弦波信号を発生
する。この発振信号は発振回路51の出力インピーダン
スZo2と電極のインピーダンスZx3により分圧し
て、整流回路54に加える。純油の時、オイルの誘電率
が低いため、電極間のインピーダンスが大きいので、整
流回路54に加える信号が大きく、整流回路54の出力
電圧VDC5も大きい。オイルの中に水が混入すると、
電極間の静電容量は水の混入量の増加に従って増加し、
そのインピーダンスZx3は減少する。即ち、整流回路
54の出力電圧VDC5が小さくなる。
【0023】油漏失時、電極間の誘電体は空気になっ
て、その誘電率が純油より低いので、電極間のインピー
ダンスZx3が大きくなり、整流回路54の出力電圧V
DC5も純油時のVDCより高くなる。コンパレータ5
6に電極の空気中の閾値[57]と(油と水)混合液の
閾値[58]を設定して、VDC5と比較する。検知値
VDC5が閾値範囲以外になると、コンパレータ56が
出力回路59を駆動し、警報を出力する。
【0024】図5は本浸水検知器を用いた場合の空気
(油漏失時)、油、及び(油と水)混合液に対する静電
容量及びインピーダンス検出値を示すものである。浸水
検知器40の周囲が完全な空気の場合には95.2pF
の静電容量と16.6kΩのインピーダンスを示し、油
の中では105.2pFと15.0kΩのインピーダン
スを示し、10%の水を混合・攪拌させた油の中では2
95pFと0.89kΩを示す。これらの変化を上述の
検知回路で検出し、設定した閾値と比較することによ
り、メカニカルシール室8の油の状態を判断することが
できる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、1
つの浸水検知器によって、ポンプ側からのメカニカルシ
ール室への水の漏洩に加えて、メカニカルシール室に封
入された油のポンプ側への漏洩も同時に検知することが
できる。従って、メカニカルシールの異常を速やかに検
知することができ、より信頼性の高い水中ポンプ装置と
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水中ポンプ装置の一実施例を示す
断面図である。
【図2】本発明に係る水中ポンプ装置におけるメカニカ
ルシールの詳細を示す断面図である。
【図3】本発明に係る水中ポンプ装置における浸水検知
器の構造を示す断面図である。
【図4】本発明に係る水中ポンプ装置における浸水検知
器に組み込まれている検知回路を示すブロック図であ
る。
【図5】本発明に係る水中ポンプ装置における浸水検知
器の検知物質と静電容量及びインピーダンスとの関係を
示すグラフである。
【図6】従来の水中ポンプ装置における浸水検知器の検
知回路を示すブロック図である。
【図7】従来の水中ポンプ装置の1例を示す断面図であ
る。
【図8】従来の水中ポンプ装置における浸水検知器を示
す断面図である。
【符号の説明】
1 ポンプ部 2 電動機部 3 ポンプケーシング 4 中間ケーシング 5 羽根車 6 主軸 7 下部ブラケット 8 メカニカルシール室 9,10 メカニカルシール 11 電動機フレーム 12 ステータ 13 ロータ 31 固定環 32 回転環 33 コンプレッションリング 34 圧縮コイルバネ 40 浸水検知器 41 外電極 42 内電極 43 開口 44 絶縁材 50 検知回路部 51 発振回路 54 整流回路 56 コンパレータ 59 出力回路
フロントページの続き (56)参考文献 実公 昭41−22670(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 13/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メカニカルシール室を有し電動機と一体
    に構成された水中ポンプであって、メカニカルシールの
    異常を検知して前記電動機を停止させるための浸水検知
    器を備えた水中ポンプ装置において、 前記浸水検知器はメカニカルシール室内に設置され、
    電極と内電極とを具備した二重円筒電極からなり、空
    気、純油、油と水の混合液の3つの状態の静電容量、或
    いはインピーダンスの変化分を検知することで、ポンプ
    側からメカニカルシール室へのポンプ取扱液の漏洩を検
    知するとともに、前記メカニカルシール室内の封入油の
    ポンプ側への流出を検知することを特徴とする水中ポン
    プ装置。
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