JP3508862B2 - サブマージドモータポンプ - Google Patents

サブマージドモータポンプ

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JP3508862B2
JP3508862B2 JP50071398A JP50071398A JP3508862B2 JP 3508862 B2 JP3508862 B2 JP 3508862B2 JP 50071398 A JP50071398 A JP 50071398A JP 50071398 A JP50071398 A JP 50071398A JP 3508862 B2 JP3508862 B2 JP 3508862B2
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bearing
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submerged motor
sleeve
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    • F04D13/10—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、ポンプとモータとが一体でスラストバラン
ス機構を備えたサブマージドモータポンプに関し、特に
ポンプの過度的運転時に回転主軸を支持する補助軸受装
置を備えたサブマージドモータポンプに関する。
関連技術の説明 ポンプによって加圧された流体の圧力で負荷容量を得
る、サブマージドモータポンプで使用されている静圧軸
受は、通常ポケットと言われる小室の流体の静圧を利用
してポンプの回転主軸を非接触状態で支持する軸受であ
る。
サブマージドモータポンプは、ポンプにより移送され
る被処理液を静圧軸受の加圧流体として使用する。サブ
マージドモータポンプは、ポンプ停止中、または起動時
や停止時等の過度的運転時には、吐出圧力が充分でない
ので静圧軸受の機能発揮に必要な圧力液が得られず、静
圧軸受が充分に機能しない運転状態の領域が存在する。
これゆえ、サブマージドモータポンプは、回転主軸の
支持のための補助軸受として、通常、静圧軸受とは別に
ボール軸受が設けられている。このボール軸受の機能
は、ポンプ停止中、または過度的運転時においてだけ回
転主軸を支持することであり、吐出圧力が充分に得られ
る定常運転時においては、軸方向荷重すなわち軸推力
は、スラストバランス機構の作用により平衡し、そし
て、主軸は静圧軸受によって支持される。このとき、ボ
ール軸受には回転主軸支持の機能は要求されず、むしろ
荷重が負荷されないような工夫がなされている。
ボール軸受は円筒状の支持面を有しており、小さな隙
間がボール軸受の円筒状支持面と主軸の外周面との間に
は形成される。この隙間は、過度的運転時における静圧
軸受の回転主軸との接触を防止するため、静圧軸受と回
転主軸との間の隙間より小さくしている。しかしなが
ら、ボール軸受と主軸との間の隙間はゼロにすることは
できず、適当な隙間に設定している。このため、ポンプ
の過度的運転時においては、その隙間で回転主軸が振れ
回ることは避けられないので、すなわち回転主軸を安定
的に支持することができないので、過大振動や種々の事
故の原因となっていた。
発明の概要 本発明は、過度的運転時にも回転主軸を安定に支持す
ることができるサブマージドモータポンプを提供するこ
とを目的としている。
本発明によれば、サブマージドモータポンプは、ポン
プケーシングと、前記ポンプケーシング内に設けられた
少なくとも一つの羽根車と、モータと、前記モータによ
って回転されかつ前記羽根車を支持する主軸と、軸推力
を平衡させるためのスラストバランス機構と、前記サブ
マージドモータポンプによって揚液された加圧流体によ
って軸方向に間隔をおいた位置で前記主軸を支持する静
圧軸受と、サブマージドモータポンプが作動状態にない
ときまたは過渡的運転時に前記主軸を支持する補助軸受
装置とを備え、前記補助軸受装置は前記主軸を軸方向に
離間した位置で支持するための支持面を有し、前記支持
面はテーパ面であることを特徴とするものである。
前記補助軸受装置は前記主軸の上部及び下部をそれぞ
れ支持する上部ボール軸受及び下部ボール軸受からなっ
ている。
前記支持面の１つは前記上部ボール軸受に設けられた
第１軸受スリーブと前記主軸に設けられた第１軸スリー
ブの接触面からなり、前記支持面の他のものは前記下部
ボール軸受に設けられた第２軸受スリーブと前記主軸に
設けられた第２軸スリーブの接触面からなっている。
前記支持面の１つは上方に向かって直径が漸次減少す
るテーパ面によって形成され、前記支持面の他のものは
下方に向かって直径が漸次減少するテーパ面によって形
成されている。
サブマージドモータポンプが過渡的運転時にあると
き、主軸は重力によって下降し、下部軸受スリーブと対
応する軸スリーブの両テーパ面は互いに嵌合し、主軸は
下部ボール軸受によって隙間なくかつ同芯に支持され
る。主軸が下降することによって、上部ボール軸受と上
部軸受スリーブは付勢部材の付勢によって下降する。上
部軸受スリーブと対応する軸スリーブの両テーパ面は互
いに嵌合し、主軸は隙間なく同芯に上部ボール軸受によ
って支持される。
サブマージドモータポンプが通常運転状態のときに
は、吐出される流体の圧力は充分に高く、静圧軸受に充
分な負荷容量が得られ、主軸は静圧軸受により非接触状
態で支持される。スラストバランス機構は主軸を浮上さ
せるために動作し、下部軸受スリーブと対応する軸スリ
ーブの両テーパ面は互いに嵌合が解除され、それゆえ下
部軸受スリーブと対応する軸スリーブは互いに非接触と
なる。押圧手段によって、上部ボール軸受が付勢部材の
付勢に抗して押し上げられ、上部軸受スリーブと対応す
る軸スリーブの両テーパ面は互いに嵌合が解除され、そ
れゆえ、上部軸受スリーブと対応する軸スリーブは非接
触となる。
本発明の上述の目的、特徴および利点は、本発明の好
ましい実施例を図示する添付の図面とともに以下の説明
から明らかになる。
図面の簡単な説明 図１は本発明の実施例におけるサブマージドモータポ
ンプが設置された貯蔵タンクの概略縦断面図である。
図２は図１のサブマージドモータポンプの拡大縦断面
図である。
図３はサブマージドモータポンプの下部ボール軸受回
りを示す拡大部分断面図で、左半分に過渡的運転時、右
半分に定常運転時の状態を示す図面である。
図４はサブマージドモータポンプの上部ボール軸受回
りを示す拡大部分断面図で、左半分に過渡的運転時、右
半分に定常運転時の状態を示す図面である。
図5Aは図１に示すサブマージドモータポンプの拡大断
面図である。
図5Bは図5AのＡ−Ａ線断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明 本発明の一実施例に係るサブマージドモータポンプを
図１乃至図４を参照して説明する。
図１に示すように、符号４で示されるサブマージドモ
ータポンプは貯蔵タンク１内に立設されたバレル２の下
部に配置されている。サクションバルブ３がサブマージ
ドモータポンプ４の下方に設けられている。図２に示す
ように、サブマージドモータポンプ４は吸込ケーシング
５と、多段のポンプケーシング６と、各ポンプケーシン
グ６内に設けられた複数の羽根車12と最終段羽根車13と
を備えている。
羽根車12および13は主軸９に固定されている。モータ
ロータ10はモータハウジング７内に回転可能に設けら
れ、かつ主軸９に固定支持されている。インデューサ30
は主軸９の下部に固定されている。モータステータ11は
モータロータ10を取り囲むようにモータハウジング７に
固定されている。
図１および図２に示すように、サブマージドモータポ
ンプ４を運転すると、液化ガスなどの液体Ｇは、矢印F1
で示すようにサクションバルブ３の開口からポンプ４の
吸込ケーシング５に流入する。そして、矢印F2で示すよ
うに、液体Ｇは主軸９に固定されたインデューサ30を通
り、主軸９に固定された羽根車によって連続的に加圧さ
れる。液体Ｇは最上段の最終の羽根車13に到達し、矢印
F3で示すようにモータハウジング７に形成された吐出口
14を通りバレル２に吐出される。その後、液体Ｇはバレ
ル２内を上方に流れ、矢印F4で示すようにバレル２の上
端に接続された吐出ノズル29から貯蔵タンク１の外に排
出される。
サブマージドモータポンプ４は、主軸９に作用する軸
推力を平衡させるスラストバランス機構15を備えてい
る。サブマージドモータポンプ４は、主軸９の下端が吸
込ケーシング５内で回転可能に支持される下部静圧軸受
16と、主軸９の中間部がモータハウジング７内で回転可
能に支持される中間静圧軸受17と、主軸９の上端がモー
タハウジング７内で回転可能に支持される上部静圧軸受
18とを備えている。複数の羽根車12の中間の羽根車の一
つから排出された加圧液体は、これら静圧軸受16,17及
び18に導入される。サブマージドモータポンプ４は、さ
らに補助軸受装置を含んでおり、この補助軸受装置は、
主軸９の上端がモータハウジング７の上端に設けられた
上部ケーシング８内で回転可能に支持される上部ボール
軸受19と、中間静圧軸受17の直下の主軸９の中間部がモ
ータハウジング７内で回転可能に支持される下部ボール
軸受20とを含んでいる。符号27は、上部静圧軸受リテー
ナを示す。
モータステータ11はモータリード線31を介して電源に
電気的に接続された巻線を備えている。モータリード線
31は端子台32に支持されたターミナルに電気的に接続さ
れている。端子台32は上部ケーシング８の上方に位置
し、かつ上部ケーシング８によって支持されている。
図３は、サブマージドモータポンプの下部ボール軸受
回りを示し、左半分に過渡的運転時、右半分に定常運転
時の状態を示している。
図３に示すように、下部ボール軸受20はモータハウジ
ング７に固定された外レース20aと、下部軸受スリーブ2
2が装着される内レース20bとを備えている。下部軸受ス
リーブ22は、下方に向かって直径が漸次減少するテーパ
状の内面を有している。下部軸スリーブ24は、主軸９に
固定されており、下部軸受スリーブ22のテーパ状の内面
と係合されるテーパ状の外面を有している。下部軸受ス
リーブ22および下部軸スリーブ24は、補助軸受装置の一
部を構成し、その係合面での下部支持面FLを提供する。
図４は、サブマージドモータポンプの上部ボール軸受
回りを示し、左半分に過渡的運転時、右半分に定常運転
時の状態を示している。
図４に示すように、上部ボール軸受19は上部ケーシン
グ８に収容され縦方向に可動になっている軸受ハウジン
グ25に固定された外レース19aと、上部軸受スリーブ21
が装着された内レース19bとを備えている。上部軸受ス
リーブ21は上方に向かって漸次直径が減少するテーパ状
の内面を有している。上部軸スリーブ23は主軸９に固定
されており、上部軸受スリーブ21のテーパ状の内面に係
合するテーパ状の外面を有している。上部軸受スリーブ
21及び上部軸スリーブ23は補助軸受装置の一部を構成
し、その係合面での上部支持面FUを提供する。
図４に示すように、圧縮コイルばね26は、軸受ハウジ
ング25と上部ケーシング８との間に設けられている。圧
縮コイルばね26は軸受ハウジング25を介して上部ボール
軸受19を下方に付勢している。軸受ハウジング25及び上
部静圧軸受リテーナ27は、サブマージドモータポンプ４
が通常運転時にサブマージドモータポンプ４の高圧液体
領域と連通する小室28を形成する。
ポケットとして機能する小室28と、高圧液体領域から
ポケットに供給される高圧の液体は、後述するように軸
受ハウジング25を押圧するための押圧手段として機能す
る。
図5A及び図5Bはスラストバランス機構及び静圧軸受17
を示している。
図5Aに示すように、スラストバランス機構15は最終段
羽根車13に隣接して設けられている。スラストバランス
機構15はモータハウジング７に固定された固定板40と、
固定板40の端面40aに面する羽根車の背面13aと、モータ
ハウジング７に固定された上部ウエアリング41と、ポン
プケーシング６に固定された下部ウエアリング42と、背
面13aと固定板40とモータハウジング７とによって形成
された上部室43とからなっている。上部ウエアリング41
の直径は、下部ウエアリング42の直径より大きく、上方
への軸推力を生成する。この上方への力（または軸推
力）によって、主軸９及び主軸９の回転部分の全ては予
め定められた距離だけ上方に移動する。羽根車13が上方
に移動するにつれて、羽根車13の背面13aは、固定板40
の端面40aとの隙間を減じ、これゆえウエアリングの漏
れ流れを制限し、上部室43内の圧力が上昇する。上部室
43内の圧力上昇によって軸推力の方向が反転し、この軸
推力が下方に作用する。この結果、主軸９及び主軸９の
回転部分が下方に移動し、固定板40の端面40aと羽根車1
3の背面13a間の流路を開き、上部室43の圧力が減少す
る。固定板40の端面40aと羽根車13の背面13aとの間の開
口は自動的に調整され、上方への軸推力を相殺するのに
充分な上部室43の圧力を生成する。スラストバランス機
構15による連続的な自己調整によって、ポンプが使用可
能範囲にわたって軸推力が実質的にゼロで動作する。
図5A及び図5Bに示すように、静圧軸受17は、複数のポ
ケット17aと加圧液体をポケット17aに供給するためのオ
リフィス17bとからなっている。羽根車12の一つから排
出された加圧液体は、モータハウジング７に形成された
流路45及びオリフィス17bを通ってポケット17aに導入さ
れる。これゆえ、主軸９はポケット17aの液体の静圧に
よって支持される。静圧軸受16および18は静圧軸受17と
同一の構造を有している。
次にサブマージドモータポンプ４の動作を説明する。
サブマージドモータポンプ４が停止しているときに
は、主軸９は図３の左側において示されるように重力に
よって下方に位置しており、下部軸受スリーブ22と下部
軸スリーブ24の両テーパ面が互いに嵌合され、これによ
って下部支持面FLが形成される。それゆえ、主軸９は下
部ボール軸受20により隙間なく、かつ偏心なく支持され
る。また、図４の左半分に示すように、主軸９が下がる
とき、上部ボール軸受19は圧縮コイルばね26の付勢力に
よって軸受ハウジング25とともに主軸９の下方への動き
に追従する。これゆえ、上部軸受スリーブ21と上部軸ス
リーブ23のテーパ面が互いに嵌合され、これによって上
部支持面FUが形成される。それゆえ、主軸９は上部ボー
ル軸受19によって隙間なく、かつ偏心なく支持される。
サブマージドモータポンプ４は上記非作動状態から作
動を開始する。主軸９が静圧軸受16,17及び18によって
支持されかつスラストバランス機構15によって浮上する
ためには、サブマージドモータポンプ４は静圧軸受やス
ラストバランス機構を正常に作動させるために充分な吐
出圧力を生じなければならない。換言すれば、バレル２
が液体Ｇで満たされ、吐出側での流体の抵抗が上記条件
に見合った充分な値でなければならない。ポンプを始動
後に、ポンプ４から排出された液体の圧力がある値に達
するまで、サブマージドモータポンプ４が停止中と同一
の条件の下で主軸９が回転する。このような過渡的な状
態においても、主軸９はボール軸受19及び20によって隙
間なく、かつ偏心なく安定して支持される。その結果、
主軸９はボール軸受に対してふれ回ることが防止され、
これゆえ振動または事故につながる種々の現象が防止さ
れる。
バレル２が液体Ｇで満たされたのち、そしてサブマー
ジドモータポンプ４が通常の条件で動作している間、サ
ブマージドモータポンプから排出された液体Ｇの圧力は
充分に高く、これゆえ静圧軸受16,17及び18のために充
分な負荷容量を提供する。それゆえ、静圧軸受16,17及
び18は非接触状態で主軸９を支持し、主軸９はボール軸
受19及び20によってもはや半径方向に支持されなくな
る。主軸９に働く軸方向の推力はスラストバランス機構
15によって平衡するため、ボール軸受19及び20は主軸９
を軸方向に支持する必要がない。
スラストバランス機構15が作動すると、主軸９は上方
に浮上し、図３の右半分に示すように、下部軸スリーブ
24は、下部軸受スリーブ22のテーパ状の内面との係合が
解除され、軸方向に浮上する。下部軸スリーブ24と下部
軸受スリーブ22は互いに非接触状態となり、それらの間
に隙間CLが形成される。下部ボール軸受20には荷重が負
荷されず、下部ボール軸受20は回転することもない。
主軸９の浮上により、上部軸スリーブ23と上部軸受ス
リーブ21は軸方向に上昇し、上部ボール軸受19も上方に
押し上げられる。このとき、小室28に導入された液体Ｇ
の圧力の下で、軸受ハウジング25は圧縮コイルばね26の
付勢力に抗して主軸９の浮上距離よりも大きな距離だけ
浮上する。したがって、上部軸受スリーブ21と上部軸ス
リーブ23とのテーパ面の嵌合が解かれ、半径方向に隙間
CUができ非接触状態となる。上部ボール軸受19には荷重
が負荷されず、回転することもない。
補助軸受装置として機能するボール軸受19及び20は、
サブマージドモータポンプが通常の状態で動作している
間、回転部分から隔離されているため、サブマージドモ
ータポンプは比較的長寿命となる。
図示の実施例においては、サブマージドモータポンプ
は貯蔵タンク１内のバレル２に設置された多段モータポ
ンプとして示されている。しかしながら、本発明の原理
はサクションバルブが設けられていないサクションポッ
ト等に設置された多段または単段のモータポンプに適用
可能である。
上述したように、本発明は、以下の効果を奏する。
ポンプの過渡的運転時においても、ボール軸受を含む
補助軸受装置によって、回転主軸の上部及び下部を隙間
なく、かつ同芯に安定して支持し、回転主軸が補助軸受
との隙間でふれ回ることによる振動または事故につなが
る各種の現象を防止することができる。
また定常運転時においては、補助軸受装置であるボー
ル軸受は回転系と無関係となり、ポンプ運転上の長寿命
化に資することができる。
なお、本発明の好ましい実施例について詳細に示しか
つ説明したが、種々の変更及び改変が本発明の特許請求
の範囲から離れることなくなしうる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−74848（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−54846（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−248020（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−68301（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−126616（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−71444（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭63−45517（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04D 13/08 F04D 15/00 F04D 29/04 F16C 32/06

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ポンプケーシングと、前記ポンプケーシン
    グ内に設けられた少なくとも一つの羽根車と、モータ
    と、前記モータによって回転されかつ前記羽根車を支持
    する主軸と、軸推力を平衡させるためのスラストバラン
    ス機構と、サブマージドモータポンプによって揚液され
    た加圧流体によって軸方向に間隔をおいた位置で前記主
    軸を支持する静圧軸受と、サブマージドモータポンプが
    定常の運転状態にないときまたは過渡的運転時に前記主
    軸を支持する上部及び下部の補助軸受装置とを備え、前
    記補助軸受装置は軸受スリーブにテーパ面を有し、前記
    主軸は軸スリーブにテーパ面を有し、 サブマージドモータポンプが定常の運転状態にないとき
    または過渡的運転時には、前記主軸が重力によって下方
    に位置し、前記下部の補助軸受の前記軸受スリーブと軸
    スリーブのテーパ面が互いに嵌合し、押圧手段により前
    記上部の補助軸受の前記軸受スリーブと軸スリーブのテ
    ーパ面が互いに嵌合し、 サブマージドモータポンプが定常の運転状態にあるとき
    に前記ポンプの加圧流体によって、スラストバランス機
    構が動作し前記主軸が上方に位置すると共に、前記上部
    補助軸受がさらに上方に位置することによって、前記両
    テーパ面は互いに非接触となることを特徴とするサブマ
    ージドモータポンプ。
  2. 【請求項２】前記補助軸受装置は前記主軸の上部及び下
    部をそれぞれ支持する上部ボール軸受及び下部ボール軸
    受からなることを特徴とする請求項１記載のサブマージ
    ドモータポンプ。
  3. 【請求項３】前記上部ボール軸受のテーパ面は上方に向
    かって直径が漸次減少するテーパ面によって形成され、
    前記下部ボール軸受のテーパ面は下方に向かって直径が
    漸次減少するテーパ面によって形成されていることを特
    徴とする請求項２記載のサブマージドモータポンプ。
  4. 【請求項４】前記ボール軸受を下方に付勢する付勢部材
    と、前記付勢部材の付勢力に抗して前記上部ボール軸受
    を上方に押圧する押圧手段とを備えたことを特徴とする
    請求項３記載のサブマージドモータポンプ。
  5. 【請求項５】前記付勢部材はコイルばねからなることを
    特徴とする請求項４記載のサブマージドモータポンプ。
  6. 【請求項６】前記押圧手段は、ポケットと、前記ポケッ
    トに供給される加圧液体とからなることを特徴とする請
    求項４記載のサブマージドモータポンプ。
JP50071398A 1996-06-07 1997-06-06 サブマージドモータポンプ Expired - Lifetime JP3508862B2 (ja)

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