JP4417478B2 - 水中ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中モータの出力軸とポンプ軸とをスプライン嵌合で組合わせて構成される水中ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
深井戸に据え付けられる水中ポンプは、深井戸内の限られたスペースの中で清水を揚水する目的のために、図３に示されるように下部に水中モータ１を配置し、この水中モータ１の上部に該モータ１と連続して細長く延びるポンプ部２を取り付けて、全体が上下方向に細長く延び中段（モータ１とポンプ部２の境部分）に吸込部３をもつ構造が用いられている。
【０００３】
具体的には、こうした水中ポンプは、図３に示されるように出力軸１ａを上向きに向けた水中モータ１をもつ。この水中モータ１の上側端部（出力軸１ａ側の端部）には、吸込部３を形成する円筒状の吸込ケーシング５、吸込口６ａをポンプ側に向けてインペラ６が収容された円筒状の中間ケーシング７、円筒状の吐出ケーシング８、円筒状の弁ケーシング９が順に直列に結合される。そして、これらケーシング群内の軸心部には、水中モータ１の動力を各インペラ６へ伝えるポンプ軸１０が配設され、ポンプ部２を構成している。すなわち、出力軸１ａの周りには、出力軸１ａの周囲を囲む吸込ケーシング５により、吸込部３からインペラ６（最下位）の吸込口６ａへ清水を導く吸込流路１１が形成されていて、水中モータ１の回転力がポンプ軸１０に伝達されると、各中間ケーシング７内のインペラ６が回転して、水中ポンプの中段にある吸込部３から井戸内の清水を吸込み、この清水が出力軸１ａの周りの吸込流路１１を通じて、インペラ６の吸込口６ａから吸込まれ、インペラ６の外周部に形成されている吐出口６ｂから吐出するという工程を経て、吐出ケーシング８、弁ケーシング９、配管１２から井戸外へ揚水されるようにしてある。
【０００４】
こうした水中ポンプには、スプライン軸で形成した出力軸１ａをもつ水中モータ１を用いたポンプがある。
【０００５】
この水中モータ１を採用した水中ポンプでは、通常、ポンプ軸１０の下端部を出力軸１ａ（スプライン軸）にスプライン嵌合させて、水中モータ１の回転力をインペラ６へ伝えることが行なわれている。具体的には、図３に示されるようにポンプ軸１０の下端部にスプライン嵌合部として例えばスリーブ軸継手１５（スプライン軸と組み合う断面形状をもつ）を取り付け、このスリーブ軸継手１５を出力軸１ａ、つまりスプライン軸の外周部に嵌挿させて、スプライン軸およびスリーブ軸継手１５の各凹凸部分を通じて、回転力をポンプ軸１０へ伝達させるようにしてある。
【０００６】
ところで、スプライン嵌合は、軸方向に対して移動可能なので、インペラ６の回転で、ポンプ軸１０が上方へ移動することがある。
【０００７】
すなわち、インペラ６のポンプ作用は、インペラ６が回転することにより、前面の吸込口６ａから吸込み、外周部の吐出口６ｂから吐出させる作用なので、回転中のインペラ６は吸込口６の在る前面に加わる圧力が反対側の後面に加わる圧力より低くなり、ポンプ軸１０には下方向の力が作用する。しかし、開放運転時あるいはポンプ始動時には、インペラ前面、後面間に圧力差がほとんどなくなり、水が下から上へ流れる勢いが勝り、ポンプ軸１０には上昇方向の力が作用する。
【０００８】
ここで、インペラ６，ポンプ軸１０などの可動側の自重（含むスプライン嵌合部の摺動抵抗）を超える上昇方向の力がポンプ軸１０に作用すると、ポンプ軸１０がインペラ６と共に上方へ移動してしまう。
【０００９】
ところが、インペラ６の周囲には、ケーシングなど固定した部品が配置されているので、同部品にインペラ６が接触することがある。このような接触が生じると、各インペラ６とこれらと接触する他部品（ケーシングなど）との間で大きな摺動抵抗をもたらすので、過負荷を発生させたり、同部分が焼き付きを起したりする。
【００１０】
そこで、このようなスプライン嵌合で水中モータ１の出力軸１ａとポンプ軸１０の下端部とを接続する水中ポンプでは、インペラ６がケーシング部分に接触しないよう、インペラ６の移動を制限することが行われている。具体的には、従来、複数段有るインペラ６のうちの一部インペラ、例えば図３に示されるように最上段に配置されたインペラ６の後面にだけに摺動材１３を取り付けてポンプ軸１０の移動を制限し、各インペラ６がそれぞれケーシング部分と接触するという大きな抵抗の発生を防ぐことが行なわれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造で、各インペラ６がケーシング部分と接触しないようポンプ軸１０の移動を制限するためには、摺動材１３の無い他の各インペラ６が、対向するケーシング部材との間で接触しないだけの隙間が保つよう、ポンプ軸１０の移動を制限することが求められる。
【００１２】
ところで、各インペラ６はポンプ軸１０に組み付けてあるので、摺動材１３の有るインペラ６から摺動材１３の無いインペラ６へ至る間は多くの部品の誤差を含む。
【００１３】
ところが、インペラ６の後面とこれと対向するケーシング部分との間の離間距離は、かなり狭いので、上記のように多くの寸法誤差を含むのでは、上方に移動するポンプ軸１０を制限しても、寸法誤差が多いためにそれぞれのインペラ６でケーシング部分と接触しないよう隙間を確保するのは難しく、摺動抵抗の増加を抑えるのが難しい。
【００１４】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ケーシング部分と接触させないよう、上昇するインペラを精度よく制限させることができる水中ポンプを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載した水中ポンプは、出力軸とスプライン嵌合するポンプ軸のスプライン嵌合部の外周部に環状の係止部を形成し、ケーシングあるいは水中モータに、インペラのポンプ作用で上方へ移動する係止部を回転自在に受け止める係止受部を設けてなる制限構造を採用して、上昇するポンプ軸の端部を、係止部と係止受部とで行われる係止により回転自在に受け止めて、各インペラがケーシング部分と触れないようにした。
【００１６】
このポンプ軸の端部の動きを制限する構造だと、ポンプ軸に組み付くいずれのインペラに対しても寸法誤差が最も少なくてすむ。
【００１７】
これにより、いずれのインペラにおいてもケーシング部分と触れずにすむのに必要な寸法が高い精度で確保できるようになり、無用な摺動抵抗の増加を抑えることができる。
【００１８】
請求項２に記載の水中ポンプは、さらに上記目的に加え、ポンプ軸の動きを制限する構造を利用して、スプライン嵌合している部分および水中モータの出力軸を軸封している軸封部への異物の侵入を防ごうとするために、請求項１の係止部を、スプライン嵌合部の外周面に周方向に沿って該外周面から張り出るように形成された環状の摺接座から形成し、請求項１の係止受部を、スプライン嵌合部のうち摺接座を境とした上側の外周面に摺動自在に嵌挿されラジアルとスラストの各方向に軸受面をもつ環状の軸受部と、出力軸の根元周囲となるモータ端側から該出力軸を囲うようにスプライン嵌合部へ突き出て軸受部を支持し出力軸の周囲を吸込流路から隔てる仕切壁とを有し構成して、インペラのポンプ作用でポンプ軸が上方へ移動すると、軸受部のスラスト方向の軸受面が摺接座を回転自在に受け止める構造を採用した。
【００１９】
これにより、制限構造は、ポンプ軸が上方へ移動するのを制限するだけでなく、出力軸とポンプ軸とがスプライン嵌合している部分の周囲、さらには水中モータの出力軸を軸封する軸封部の周囲を吸込流路から仕切るので、たとえ異物が吸込流路から吸込まれることがあっても、異物がスプライン嵌合している部分や水中モータの軸封部へ侵入するのを防ぐことができる。
【００２０】
しかも、この異物侵入防止構造は、ポンプ軸の上昇を制限する構造をそのまま用いているので、別途、異物の侵入を防止する構造は不要で、コスト的な負担が軽くてすむ。
【００２１】
請求項３に記載の水中ポンプは、さらにスプライン嵌合部と軸受部間への異物の侵入防止を高めるため、軸受部の直上となるスプライン嵌合部の外周面に鍔状の突起を形成して、突起の回転により、ポンプ軸が上昇しない運転の際、スプライン嵌合部と軸受部間の隙間開口に、吸込通路へ吸込まれた異物を寄せつけないようにした。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００２３】
但し、図面において先の「従来の技術」、「発明が解決しようとする課題」の項で説明した図３と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略し、この項では異なる部分（発明の要部）について説明する。
【００２４】
本実施形態は、各インペラ６が上昇するのを制限する構造（制限構造）が異なっている。
【００２５】
すなわち、同制限構造には、図１に示されるようにポンプ軸１０のスリーブ継手１５（スプライン嵌合部）の外周部に形成された係止部２０と、水中モータ１の端面と重なる吸込ケーシング５の下部壁５ａに設けた係止受部３０とを用いて、インペラ６のポンプ作用で上方へ移動する係止部２０を係止受部３０で回転自在に受け止める構造が採用されている。
【００２６】
具体的には、係止部２０は、スリーブ継手１５の本体部下端の外周面に、同外周面から外側に鍔状に張り出るように一体に形成された周方向に沿って連続する環状の摺接座２１から構成してある。この摺接座２１の上側には、水平方向に沿う平坦面で形成された軸受面２１ａ（スラスト）が形成してある。なお、摺接座２１は別体でもよい。
【００２７】
係止受部３０は、摺接座２１を境としたスリーブ継手１５の上側部分の外周面に摺動自在に嵌挿された環状のラジアルスラスト軸受部３１と、吸込ケーシング５の下部壁５ａに設けた錐状の仕切壁３２とを組合わせた構造が用いられている。具体的には、ラジアルスラスト軸受部３１は、内面にスリーブ継手１５の外周面を受けるラジアル軸受面３１ａをもち、下面に水平方向に沿う平坦面で形成されたスラスト軸受面３１ｂをもつ環状の軸受部材から構成してある。仕切壁３２は、水中モータ１の軸封部１ｂを囲むよう吸込ケーシング５の下部壁５ａの上面に設置された環状の取付座３４と、この取付座３４の内周部から上方へ立ち上がる周壁３５とから形成してある。このうち取付座３４は、固定具、例えばボルトで下部壁５の上面と密接するように取り付けられている。また周壁３５の先端側は、スリーブ継手１５に向かって傾斜している。そして、傾斜した傾斜部分３５ａの先端部は、ラジアルスラスト軸受部３１と嵌まり合い、該軸受部３１を支持している。この構造によって、軸封部１ａ、スリーブ継手１５が嵌まる出力軸１ａの周囲を吸込流路１１から隔てて仕切っている。またラジアルスラスト軸受部３１は、摺接座１から所定距離、離れた上側の地点、すなわち各インペラ６がケーシング部分と接触せずにすむ距離Ａを離した地点に位置決めてある。これにより、インペラ６のポンプ作用により、ポンプ軸１０が上方へ移動すると、ラジアルスラスト軸受部３１が摺接座２１を回転自在に受け止めて、ポンプ軸１０に組み付くいずれのインペラ６もケーシング部分と接触しないようにしている。つまり、ポンプ軸１０に制限を加えるようにしている。
【００２８】
またラジアルスラスト軸受部３１の直上となるスリーブ継手１５の外周面の地点には、周方向に沿って突起、例えばゴム部材で成形された鍔状の突起部品３６が嵌挿されている。突起部品３６は、ラジアルスラスト軸受部３１と近接した位置で支持されていて、回転する突起部品３６がもたらす旋回流などにより、異物をラジアルスラスト軸受部３１とスリーブ継手１５間の端へ寄せつけない構造にしてある。さらに突起部品３６の上部は、傾斜部３５ａと連続する角度で斜めに傾斜してあり、吸込流路１１を流れる清水流（吸込部３からインペラ６の吸込口６ａに向う流れ）に逆らわないようにしてある。
【００２９】
こうした構造により、砂など異物が水中モータ１の軸封部１ａやスプライン軸の摺動部へ侵入するのを防ぎつつ、各インペラ６がケーシング部分と接触せずにすむようにしてある。
【００３０】
すなわち、水中ポンプは、水中モータが作動すると、水中モータ１の回転力がスプライン軸、スリーブ継手１５を通じて、ポンプ軸１０に伝達され、各中間ケーシング５内のインペラ６が回転する。
【００３１】
このインペラ６の回転により、水中ポンプの中段にある吸込部３から井戸内の清水が吸込まれる。この清水が、出力軸１ａの周りの吸込流路１１を通じて、最下位のインペラ６の吸込口６ａから吸込まれ、同インペラ６の外周部に形成されている吐出口６ｂから吐出される。そして、次段のインペラ６の吸込口６ａに導かれる。この圧送が各段のインペラ６で行われ、吸込まれた清水が、順次、増圧される。そして、最終段のインペラ６で増圧を終えた清水が、吐出ケーシング８、弁ケーシング９、配管１２を通じて、井戸外へ揚水される。
【００３２】
この運転中において、開放運転時等は、発生する圧力がほとんどなくなり、水が下から上へ流れる勢いにより、ポンプ軸１０には上昇方向の力が作用する。
【００３３】
このとき、上昇方向の力が、可動側の重量、すなわちポンプ軸２、インペラ６、インペラ６以外のポンプ軸２に組み付く部品などの自重、さらにはスプライン嵌合の摺動抵抗などを超えない運転であれば、図１に示されるようにポンプ軸２は上方へ移動せずに回転を続ける。
【００３４】
このとき、制限構造を構成する仕切壁３２は、出力軸１ａ（スプライン軸）とポンプ軸１０のスリーブ継手１５とをスプライン嵌合している部分の周囲、水中モータ１の軸封部１ｂの周囲を仕切っているので、砂などの異物が吸込まれることがあっても、異物がスプライン嵌合している部分や軸封部１ｂへ侵入するのが防止される。しかも、このときにはラジアルスラスト軸受部３１の直上で、突起部品３６が、軸受部３１とスリーブ継手１５間の境を覆いながら回転しているので、砂などの異物は、スプライン嵌合している部分の開口には寄せつけなくなる。
【００３５】
一方、上昇方向の力が、可動側の重量（ポンプ軸２、インペラ６、インペラ６以外のポンプ軸２に組み付く部品などの自重、スプライン嵌合の摺動抵抗など）を超えると、ポンプ軸２は上方へ移動する。
【００３６】
ここで、摺接座２１の上側には、所定のポンプ軸移動可能距離（Ａ）をおいてラジアルスラスト軸受部３１が位置決めてあるから、図２に示されるようにラジアルスラスト軸受部３１のスラスト軸受面３１ｂで、上方向に移動する摺接座２１の軸受面２１ａを回転自在に受け止め、ポンプ軸１０がそれ以上に上昇しないように制限する。
【００３７】
こうしたポンプ軸１０の下端部の動きを制限する構造は、ポンプ軸１０に組み付くいずれのインペラ６に対しても寸法誤差は最も少なくてすむので、距離Ａは寸法精度が高く、いずれのインペラ６でもケーシング部分と触れずにすむ隙間が容易に確保できる。
【００３８】
それ故、上昇する各インペラ６を精度よく制限させることができ、無用な摺動抵抗の増加を抑えた高能力運転ができる。
【００３９】
しかも、制限構造は、ポンプ軸１０の動き制限するだけでなく、このポンプ軸１０の上昇を規制している間も、仕切壁３２は、出力軸１ａ（スプライン軸）とポンプ軸１０のスリーブ継手１５とをスプライン嵌合している部分の周囲、水中モータ１の軸封部１ｂの周囲を仕切っているから、継続してスプライン嵌合している部分や軸封部１ｂへの異物の侵入を防ぐことができる。
【００４０】
そのうえ、この異物の侵入を防ぐ構造は、ポンプ軸１０の上昇を制限する制限構造をそのまま用いているので、別途、異物の侵入を防止する構造は不要であり、コスト的な負担が軽くてすむ。さらに、この制限構造と異物の侵入を防ぐ構造との双方に用いられる仕切壁３２の先端側は、傾斜させて吸込流路１１の清水流に逆らわないようにしてあるので、仕切壁３２の設置に伴う流通損失は少なくてすむ利点もある。
【００４１】
またこの異物の侵入防止機能に、突起部品３６の回転による異物の侵入防止が加わるので、より高い異物の侵入防止効果が得られ、良好なポンプ運転ができる。
【００４２】
なお、上述した一実施形態では、係止受部を吸込ケーシングの下部壁に取り付けた例を挙げたが、これに限らず、水中モータの出力軸側の端面に取り付けてもよい。このようにしても同様な作用効果を奏する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、ポンプ軸の端部の動きを制限する構造の採用により、ポンプ軸に組み付くいずれのインペラに対しても寸法誤差が最も少ないので、各インペラの上昇を制限するのに必要な寸法を容易に確保することができる。
【００４４】
したがって、スプライン嵌合で水中モータの出力軸とポンプ軸の下端部を接続する水中ポンプにおいて、無用な摺動抵抗の増加を抑えたポンプの運転ができる。
【００４５】
請求項２に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、ポンプ軸の動きを制限する構造を利用して、スプライン嵌合している部分および水中モータの出力軸を軸封している軸封部への異物の侵入を防ぐことができる。しかも、同構造はポンプ軸の上昇を制限する制限構造をそのまま用いた構造なので、別途、異物の侵入を防止する構造は不要であり、コスト的な負担は軽くてすむ。
【００４６】
請求項３に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、スプライン嵌合部の回転を利用して、異物をスプライン嵌合している部分の開口に寄せつけないようにするので、一層、高い異物の侵入防止性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る水中ポンプの要部構造を示す断面図。
【図２】同水中ポンプの運転中、ポンプ軸が上方へ移動したときの制限構造の挙動を説明するための断面図。
【図３】従来のスプライン嵌合で水中モータとポンプ軸とを接続した水中ポンプの構造を説明するための半断面図。
【符号の説明】
１…水中ポンプ
５…吸込ケーシング（ケーシング）
６…インペラ
１０…ポンプ軸
１１…吸込流路
１５…スリーブ継手（スプライン嵌合部）
２０…係止部
２１…摺接座
３０…係止受部
３１…ラジアルスラスト軸受部
３１ａ…ラジアル軸受面
３１ｂ…スラスト軸受面
３２…仕切壁
３６…突起部品（突起）。

Claims (3)

1. 出力軸が上側に向くように配置された水中モータと、
   前記出力軸と摺動可能にスプライン嵌合され、且つ、前記ポンプ軸に前記出力軸の回転力を伝達可能に取り付けられるスプライン嵌合部を有するポンプ軸と、
   このポンプ軸の外周部に吸込口が前記水中ポンプ側に向くように取付けられたインペラと、
   前記出力軸の周囲に設けられ該出力軸の周りを経て前記インペラの吸込口へ向かう吸込流路を形成すケーシングと、
   前記スプライン嵌合部の外周部に、環状に一体に形成された係止部と、
   前記スプライン嵌合部の外周と摺動するとともに、前記係止部と前記ポンプ軸の軸心方向で当接可能、且つ、摺動可能に形成された係止受部と、を備え、
   前記係止部及び前記係止受部とは、前記軸心方向において前記インペラの上昇により前記インペラと前記ケーシングとが接触する距離よりも短い距離で離間することを特徴とする水中ポンプ。
2. 前記係止部は、前記スプライン嵌合部の外周面に周方向に沿って該外周面から張り出るように形成された環状の摺接座から形成され、
   前記係止受部は、前記スプライン嵌合部のうち前記摺接座を境とした上側の外周面に摺動自在に嵌挿されラジアルとスラストの各方向に軸受面をもつ軸受部と、前記出力軸の根元周囲となるモータ端側から該出力軸を囲うように前記スプライン嵌合部へ突き出て前記軸受部を支持し前記出力軸の周囲を前記吸込流路から隔てる仕切壁とを有して構成され、
   前記インペラのポンプ作用で前記ポンプ軸が上方へ移動すると、前記軸受部のスラスト方向の軸受面が前記摺接座を回転自在に受け止めるようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の水中ポンプ。
3. 前記軸受部の直上となる前記スプライン嵌合部の外周面には、鍔状の突起が形成されることを特徴とする請求項２に記載の水中ポンプ。

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