JP4347173B2 - キャンドモーターポンプ - Google Patents
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Description
〔キャンドモーターポンプの構成について〕
図1に示すように、本発明のキャンドモーターポンプ89は、マニホールドユニット11、モーターユニット(駆動ユニット)12、第1軸受ユニット13、および第2軸受ユニット14を含むように構成されている。そして、これらの部材(マニホールドユニット11・モーターユニット12・第1軸受ユニット13・第2軸受ユニット14)は、締結ボルト等(不図示)によって、互いに連結されるようになっている。
マニホールドユニット11は、送り出すべき流体(揚液)を吸い込む吸込口15と、この吸込口15から吸い込まれた流体(揚流体)が、吐出(排出)される吐出口16と、これらの吸込口15・吐出口16を収容するマニホールドケーシング17とを含むように構成されている。
モーターユニット12は、モーター20と、このモーター20を収容するケーシング19と、モーター20(駆動部)に対して電力を供給する電源ソケット39とを含むように構成されている。
モーター20は、回転する棒状の軸である回転軸22、回転子(ロータ)23、固定子(ステータ)24、ジャーナル軸受25、主羽根車(第1羽根車)26、副羽根車(第2羽根車)27、およびスラスト軸受28を含むように構成されている。
ロータ23は、回転軸22の周囲に(例えば、回転軸22の長手における中心付近等に)取り付けられた円筒状の誘電体である。なお、このロータ23には、ロータ23の外周を覆うようにして、薄肉円筒状の被着防止材であるロータキャン(不図示)が設けられている。
ステータ24は、図1・図2・図5(図2の矢視V−V’断面図)に示すように、回転軸22・ロータ23を覆うように形成された円筒状の電磁石である。具体的に、このステータ24は、ステータ24の本体を成す円筒状の金属体(例えば鉄等)24a、ステータスロット24b、金属線(例えばエナメル線)24c、モーターモールド材24d、およびステータキャン24eを含むように構成されている。
ジャーナル軸受25は、回転軸22の両端を支えることで、この回転軸22を回転可能に支持(軸支)するものである。なお、図2に示すように、マニホールドユニット11側の回転軸22に設けられたジャーナル軸受25を第1ジャーナル軸受(第1J軸受)25a、他方(マニホールドユニット11側と反対側)の回転軸22に設けられたジャーナル軸受25を第2ジャーナル軸受(第2J軸受)25bとする。
主羽根車(第1羽根車)26は、マニホールドユニット11の吸込口15から揚流体を吸い込むとともに、循環用円筒状コレクタ18を通じて、この揚流体を吐出口16へと導くものである。具体的には、図3に示すように、主羽根車26は、羽根車の軸(主羽根車軸26a)の軸線を中心に、複数枚の翼部(第1翼部)26bを放射状(半径方向)に設けることによって構成されたものである。
副羽根車27は、ジャーナル軸受25等に圧力流体を供給するものである(詳細については後述)。具体的には、図4に示すように、主羽根車26同様、羽根車の軸(副羽根車軸27a)の軸線を中心に、複数枚の翼部(第2翼部)27bを放射状(半径方向)に設けることによって構成されたものである。そして、この副羽根車27は、主羽根車26の設けられていない回転軸22の一端と〔具体的には、マニホールドユニット11側と反対側の回転軸22の一端と〕、副羽根車軸27aとをボルトによって締結することで固定されている。したがって、この副羽根車27は、回転軸22の回転に連動して回転するようになっている。そして、副羽根車27の回転により生じる遠心力により、圧力流体は軸受用円筒状コレクタ65(後述)を流れるようになる。その結果、圧力流体は、勢いよく、噴出口66(後述)へと流れるようになっている(図1参照)。
スラスト軸受28は、図4に示すように、副羽根車27の取り付けられる回転軸22の軸端が嵌め込まれる円筒状の空洞を有するとともに、副羽根車27に設けられたシュラウド(内側副シュラウド27c・外側副シュラウド27d)のフラット面を挟み込むような間隙を有する軸受である。
ケーシング19は、上述したように、モーター20を収容するものである。具体的には、図1に示すように、回転軸22・ロータ23・ステータ24・ジャーナル軸受25・主羽根車26・副羽根車27・スラスト軸受28の一部(第1軸受部28a)・電源ソケット39を収容するモーターケーシング19aと、スラスト軸受28の残りの部分(第2軸受部28b)を収容するエンドベル19bとから構成されている。
モーターケーシング19aには、図2に示すように、ジャーナル軸受用周溝(J周溝)41・41、流入開孔42、排出開孔43、およびスラスト軸受用第1周溝(第1S周溝45)が設けられている。
図4に示すように、エンドベル19bには、上記同様、周溝である第2S周溝46と、軸受用循環口51とが設けられている。
第1軸受ユニット13は、図1に示すように、モーターユニット12(具体的には、主羽根車26側のケーシング19)に取り付けられるようになっている。そして、この第1軸受ユニット13は、第1流入口61aと、第1排出口62aと、これらを(第1流入口61a・第1排出口62a)を収容する第1軸圧ケーシング63とを含むように構成されている。
第1流入口61aは、上記の副羽根車27によって圧送されてくる圧力流体の流入してくる入口である。具体的に、この第1流入口61aは、モーターケーシング19aに設けられた第1流入開孔42aとつながるようになっている(連通するようになっている;図1・図2参照)。そのため、圧力流体が、第1流入開孔42aを通じて、J周溝41に流れ、さらに、第1J軸受25aのP開孔25dに流れるようになっている。
第1排出口62aは、第1J軸受25aにて静圧軸受機能を発揮するために使用された圧力流体をケーシング19(モーターケーシング19a)の外部へと排出させるための出口である。具体的に、この第1排出口62aは、ケーシング19の第1排出孔43aとつながるように(連通するように)形成されている(図1・図2参照)。
第2軸受ユニット14は、図1・図4に示すように、第1軸受ユニット13同様、モーターユニット12(具体的には、副羽根車27側のケーシング19)に取り付けられるようになっている。そして、この第2軸受ユニット14は、図1に示すように、第2流入口61b、第2排出口62b、S周溝用流入開孔(S流入開孔64)、軸受用円筒状コレクタ65、噴出口66、およびこれらを(第2流入口61b・第2排出口62b・S流入開孔64・軸受用円筒状コレクタ65・噴出口66)を収容する第2軸圧ケーシング67を含むように構成されている。
第2流入口61bは、上記同様、副羽根車27によって圧送されてくる圧力流体の流入してくる入口である。具体的には、図1・図2に示すように、この第2流入口61bは、モーターケーシング19aに設けられた第2流入開孔42bとつながるようになっている(連通するようになっている)。そのため、圧力流体が、第2流入開孔42bを通じて、J周溝41に流れ、さらに、第2J軸受25bのP開孔25dに流れるようになっている。
第2排出口62bは、上記同様、第2J軸受25bにて静圧軸受機能を発揮するために使用された圧力流体をケーシング19の外部へと排出させるための出口である。具体的には、図1・図2に示すように、この第2排出口62bは、モーターケーシング19aの第2排出孔43bとつながるように(連通するように)形成されている。
図1・図4に示すように、S流入開孔64は、S周溝(第1S周溝45・第2S周溝46)に、圧力流体を供給するための開孔である。そのため、このS流入開孔64は、第2流入口61b・S周溝(第1S周溝45・第2S周溝46)とつながるように(連通するように)形成されている。
軸受用円筒状コレクタ65は、図1に示すように、副羽根車27の取り付けられた回転軸22の軸端を中心とするとともに、軸方向に沿って例えば螺旋状となった流路である。そして、この軸受用円筒状コレクタ65は、スラスト軸受28の間隙とつながるようになっている。そのため、副羽根車27の回転に送り出される(圧送される)圧力流体が、この軸受用円筒状コレクタ65を通じて、噴出口66へと流れるようになっている。
噴出口66は、軸受用円筒状コレクタ65を通じて流れてくる圧力流体を第1流入口61a・第2流入口61bへと導くものである。具体的には、この噴出口66と、第1流入口61a・第2流入口61bとを連結する不図示のパイプ等(流入パイプ)を通じて、圧力流体を導くようになっている。
上述したような構成を有した本発明のキャンドモーターポンプ89における揚液(揚流体)・圧力流体の流れについて説明する。
まず、本発明のキャンドモーターポンプ89を備えたシステムを駆動させる。すると、電源ソケット39を介して、キャンドモーターポンプ89に電力が供給される。そして、この電力を受けて、誘電方式であるモーター20では、ステータ24が電磁石となって、このステータ24内部に電界(回転電界)を生じさせる。すると、ステータ24内部に位置するロータ23での分極の時間遅れを利用して、回転軸22は回転するようになる。
一方、回転軸22が回転し始めると、主羽根車26同様、副羽根車27も回転し始める。すると、この副羽根車27の回転力によって、不図示の圧力流体タンクに貯留されていた流体(圧力流体)が、循環パイプ(不図示)・軸受用循環口51を通じて、副羽根車27へ向かって流れ込んでくる(圧力流体が吸い込まれるようになる)。
ここで、圧力流体ループ(軸受用循環流路)と揚液ループ(揚流体循環流路)とが近接している箇所、すなわち第1J軸受25a近傍で、これらのループが混合しない理由について説明する。
以上のように、本発明は、吸込口15および吐出口16を具備したマニホールドユニット11と、回転軸22を具備したモーターユニット12とが連結して構成されたキャンドモーターポンプ89である。そして、回転軸22は、回転軸22自体とは接触せずに支持可能なジャーナル軸受25(例えば非接触式軸受である静圧軸受)によって支持されている。さらに、回転軸22の両方の軸端部における一端には主羽根車26、他端には副羽根車27が設けられている。
本発明の実施の形態2について説明する。なお、実施の形態1で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の実施の形態3について説明する。なお、実施の形態1・2で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の実施の形態4について説明する。なお、実施の形態1〜3で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
実施の形態1にて説明したように、本発明のキャンドモーターポンプ89では、シュラウド(内側主シュラウド26c・外側主シュラウド26d)付きの主羽根車(第1羽根車)26が使用されている(図3参照)。そして、この主羽根車26が、揚液を吸込口15から吐出口16まで送り出そうとするとき、吐出口16側に近い第1翼部26b・シュラウド(内側主シュラウド26c・外側主シュラウド26d)近傍付近は、揚液を送り出すために高圧(吐出圧エリアA)になる。すると、この高圧となっている吐出圧エリアAと、吸込口15側に近い外側主シュラウド26d近傍付近(吸込圧エリアB)との間で差圧が生じる。そのため、吐出口16から吸込口15への漏れ流れが生じることがある。
次の対策としては、回転軸22・ロータ23等の周囲を流れる圧力流体の方向を変更させる対策がある。図2においては、第2継手バイパス44bが、回転軸22の軸方向(軸線)と同方向となって、第2排出開孔43bとつながっている。そのため、第1流入口61a・第1流入開孔42aから流れる圧力流体が、回転軸22・ロータ23を収容するケーシング19(モーターケーシング19a)の内壁と、その回転軸22・ロータ23との間を通過して、第2継手バイパス44bに流れやすくなっている。この場合、ロータ23と上記内壁との間(詳説すると、ロータ23とステータ24との間)は極めて狭い間隔となっている。そのため、圧力損失が生じることになる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
12 モーターユニット(駆動ユニット)
15 吸込口
16 吐出口
17 マニホールドケーシング
20 モーター(駆動部)
22 回転軸
25 ジャーナル軸受(非接触式軸受)
25c リセス(空隙となる窪み)
26 主羽根車(第1羽根車)
26a 主羽根車軸
26b 第1翼部
26c 内側主シュラウド
26d 外側主シュラウド(第1側板)
27 副羽根車(第2羽根車)
27a 副羽根車軸
27b 第2翼部
27c 内側副シュラウド(第2側板)
27d 外側副シュラウド(第2側板)
28 スラスト軸受
28c リセス(隙間となる窪み)
44b 第2継手バイパス(バイパス流路)
71 熱交換器
72 ウェアリング(筒状充填部材)
89 キャンドモーターポンプ
A 吐出圧エリア(吐出口近傍)
B 吸込圧エリア(吸込口近傍)
α 第1対向面
β 第2対向面
Rim 軸線からの第2翼部の最外端までの距離
RSH1 軸線からの内側副シュラウド・外側副シュラウドの最外端までの距離
RW ウェアリングの内径
Claims (7)
- 吸込口および吐出口を具備したマニホールドユニットと、回転軸を収容したモーターユニットとが連結して構成され、
上記回転軸は、回転軸自体とは接触せずに支持する非接触式軸受によって支持されるとともに、その回転軸の両方の軸端部における一端には第1羽根車、他端には第2羽根車が設けられ、
上記第1羽根車の回転により生じる力を利用して、揚流体を上記吸込口から吸い込むとともに、上記吐出口から吐出させる一方、
上記第2羽根車の回転により生じる力を利用して、流体を上記非接触式軸受に送り込むことにより、上記非接触式軸受が上記回転軸を支持するようになっており、
上記回転軸の軸端部には、上記第2羽根車を介在させるとともに、回転軸のスラスト方向の負荷荷重を支えるスラスト軸受が設けられており、
上記第2羽根車は、回転により生じる力で流体を、上記スラスト軸受に送り出すことで、このスラスト軸受と第2羽根車との間に、流体膜を形成させ、
上記第2羽根車では、この第2羽根車の軸線に対して半径方向に第2翼部、およびこの第2翼部の回転面を挟持するように第2側板が設けられており、
この第2側板は、上記スラスト軸受に設けられた間隙で挟持されるとともに、上記第2側板と上記間隙との間に隙間を有するように配設されており、
さらに、この第2羽根車は、回転により生じる力で流体を上記隙間に送り出すことで、上記第2側板と上記スラスト軸受との間に、流体膜を形成させ、
上記スラスト軸受の間隙を構成する面には、上記第2側板と上記間隙との隙間と成る窪みが形成されており、
上記第2羽根車は、上記窪み内に流体を送りだすことで、この窪み内部に上記流体膜を形成させ、
形成された上記流体膜は、流体の静圧で、上記第2羽根車を支えるようになっているキャンドモーターポンプにおいて
上記第2羽根車の軸線に対して半径方向に設けられた第2翼部における上記軸線から上記第2翼部の最外端までの距離と、
上記第2翼部の回転面を挟持するようにかつ前記スラスト軸受に対向してかつ前記第2羽根車の軸線に対して垂直に設けられた第2側板における上記軸線から上記第2側板の最外端までの距離とを各々所定の値に設定することによって上記流体の圧力、流量、および前記スラスト軸受への負荷を定める工程と、
前記第1羽根車の軸線に対して半径方向に第1翼部、および、上記吸込口側の第1翼部の回転面を覆うように設けられ、前記第1羽根車を支持する軸の外径と等しい内径Rinと、これより大径の第1外径Rw と、この第1外径Rw より大径で前記第1羽根車の外径と等しい第2外径Roとを有する第1側板における、上記吸込口から上記第1翼部に至るまでの方向に対して対向する第1対向面および第2対向面であって、上記Rw を所定の値に設定して、前記内径Rinと前記第1外径Rwとの間の第1対向面が上記吸込口近傍、上記第1外径Rwと第2外径Roとの間の第2対向面が上記吐出口近傍に位置する面の面積を所定の大きさに設定することによって、前記スラスト軸受の負荷を定める工程とによって前記スラスト軸受への負荷を定める設計方法により製造されたキャンドモーターポンプ。 - 上記非接触式軸受は、上記回転軸との間で、空隙を有するように配設されており、
上記第2羽根車は、回転により生じる力で流体を、上記非接触式軸受に送り出すことで、この非接触式軸受と上記回転軸との上記空隙に、流体膜を形成させることを特徴とする請求項1に記載のキャンドモーターポンプ。 - 上記非接触式軸受は、上記回転軸を囲む円筒状のジャーナル軸受であるとともに、このジャーナル軸受の内周面には、空隙と成る窪みが形成されており、
上記第2羽根車は、上記窪み内に流体を送りだすことで、この窪み内部に上記流体膜を形成させ、
形成された上記流体膜は、流体の静圧で、上記回転軸を支えるようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載のキャンドモーターポンプ。 - 上記吸込口と上記吐出口とをつなげる第1流路を設けることで、上記の揚流体が吸込口と吐出口との間を循環する揚流体用循環流路を形成するとともに、
上記第2羽根車により送り出される流体が上記非接触式軸受まで流れる第2流路と、この非接触式軸受に到達した上記流体が、さらに、第2羽根車まで流れる第3流路とを連通させることで、上記流体が第2羽根車と非接触式軸受との間を循環する軸受用循環流路を形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のキャンドモーターポンプ。 - 上記軸受用循環流路に、熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項4に記載のキャンドモーターポンプ。
- 上記第2羽根車の第2側板は、この第2羽根車の軸線に対して、垂直な平面となっていることを特徴とする請求項1に記載のキャンドモーターポンプ。
- 超臨界流体あるいは液体を上記の揚流体として、循環させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のキャンドモーターポンプ。
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