JP4633396B2

JP4633396B2 - 遠心式ポンプ

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Publication number: JP4633396B2
Application number: JP2004210735A
Authority: JP
Inventors: 研一梶原; 潤也川畑; 聡黒岩; 徹太郎藤原; 昭二伊藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: CN1989347A; WO2006008843A1; US20080019831A1; EP1774181A1; JP2006029241A

Description

本発明は、遠心式ポンプに係り、特に主軸に取り付けられた少なくとも１個の羽根車と、該羽根車を収容するための鋼板をプレス成形して形成された少なくとも１個のケーシングとを備えた遠心式ポンプに関するものである。

遠心式ポンプの一種として、モータ等の原動機と連結された主軸に取り付けられた複数の羽根車と、各羽根車を収容する複数の中間ケーシングとを備えた多段ポンプが知られている。

図９は、特許文献１に記載された従来の縦型の多段ポンプの一例を示す縦断面図である。図９に示すように、従来の縦型の多段ポンプは、鋼板をプレス成形して形成され多段に積み重ねられた複数の中間ケーシング１０１と、多段に積み重ねられた中間ケーシング１０１の上下に設けられた上部ケーシング１０２および下部ケーシング１０３と、多段の中間ケーシング１０１および上部ケーシング１０２を収容するとともに下部ケーシング１０３に連結された外ケーシング１０４とを備えている。上部ケーシング１０２および外ケーシング１０４の上部開放端にはケーシングカバー１０５が設けられており、上部ケーシング１０２および外ケーシング１０４が密封されている。

前記各中間ケーシング１０１の内部には、主軸１１０に固定された羽根車１１１が収容されている。主軸１１０の上部には、メカニカルシール１１２が装着されており、メカニカルシール１１２により、主軸１１０がケーシングカバー１０５を貫通する部分の軸封（シャフトシール）を行っている。また、ケーシングカバー１０５の上方にはモータ（図示せず）を支持するためのモータ台１０６が設けられている。

図９に示す多段ポンプにおいては、ポンプの運転時に、下部ケーシング１０３の吸込口１０３ａから吸い込まれた液体は、主軸１１０により回転される羽根車１１１により昇圧され、昇圧された液体は、戻し羽根１３４により形成される戻し流路を通って次段の羽根車１１１の吸込部に導かれる。このようにして、液体は各段の羽根車１１１により昇圧され、各段の戻し羽根１３４により形成される戻し流路を通過する間に圧力を回復し、上部ケーシング１０２を通過し、その後、外ケーシング１０４と多段の中間ケーシング１０１との間に形成された環状流路１５５を通って下部ケーシング１０３の吐出口１０３ｂから外部に吐出される。

特開２００３−２１４３８３号公報

図９に示す従来の多段ポンプにおいては、上部ケーシング１０２および外ケーシング１０４の上部開放端は、ステンレス鋼板をプレス成形により形成したケーシングカバー１０５により密封している。しかしながら、このケーシングカバー１０５には、多段の羽根車によって昇圧された高圧の流体圧が加わるため、比較的高い剛性が必要とされる。そのため、ケーシングカバー１０５は、中間ケーシング１０１と比べて厚肉のステンレス鋼板を用いてプレス成形により製作しなければならず、プレス成形の工程が容易ではなく、且つ材料費も高価であるという問題点がある。

また、このケーシングカバー１０５を主軸１１０が貫通する部分にはメカニカルシール１１２が装着されているが、このメカニカルシール１１２を交換する場合には、多段の羽根車１１１および多段の中間ケーシング１０１を取り外した状態でメカニカルシール１１２を交換しなければならず、メカニカルシール１１２の交換作業が煩雑であるという問題点がある。

さらに、円筒容器状の中間ケーシング１０１の底面部１０１ａは平坦に形成されているため、羽根車１１１によって昇圧される流体圧によって中間ケーシング１０１の底面部１０１ａが軸方向（下方）に変形し易いという問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、上部ケーシングおよび外ケーシングの上部開放端を密封するためのケーシングカバーの機能を果たす部材の剛性を高めることができるとともにこの部材の材料費を低減することができ、またメカニカルシールの交換が容易でメンテナンス性の向上を図ることができ、さらに中間ケーシングの底面部の耐圧構造を向上させることができる遠心式ポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の遠心式ポンプは、原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングと、該ケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーと、該ケーシングカバーを主軸が貫通する部分に設けられた軸封装置とを備えた遠心式ポンプにおいて、前記ケーシングカバーを鋳造品からなる厚肉部材とプレス成形品からなり該厚肉部材の外面に密着固定された薄肉の耐食性のあるライニング部材とで構成し、前記厚肉部材の中央部には前記主軸が貫通する中空円筒状部が形成され、前記ライニング部材は該中空円筒状部に嵌合する環状部を有し、該環状部の端部は拡管され、該ライニング部材が厚肉部材から離脱しないようになっていることを特徴とするものである。

また、前記ライニング部材は前記厚肉部材に圧入により密着固定されていることを特徴とする。

また、前記拡管された部分は、前記軸封装置のパッキンの挿入の際にガイドになるようにテーパ形状を有していることを特徴とする。
また、前記ケーシングカバーの厚肉部材には大気側から液体側に連通する連通孔が形成され、該連通孔には耐食性のパイプが挿入され、該パイプと前記ライニング部材とは溶接接合されていることを特徴とする。
また、前記溶接がレーザ溶接であることを特徴とする。
さらに、本発明の遠心式ポンプの他の態様は、原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングと、該ケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーと、該ケーシングカバーを主軸が貫通する部分に設けられた軸封装置とを備えた遠心式ポンプにおいて、前記ケーシングカバーを鋳造品からなる厚肉部材とプレス成形品からなり該厚肉部材の外面に密着固定された薄肉の耐食性のあるライニング部材とで構成し、ポンプ運転により発生する圧力水を外部に漏洩することを防止するための外胴を有し、該外胴の両端部もしくは一端部に密封用のＯリングを装着するための成形部を設け、前記外胴の成形部において、Ｏリングの脱落防止のために端部を外径側に拡大成形したことを特徴とするものである。
また、前記外胴が取り付けられる相手側部品には、Ｏリングの挿入がしやすいように、半径方向外方にテーパ状に拡がった部分が形成されていることを特徴とする。

本発明の遠心式ポンプの好ましい態様は、原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングとを備えた遠心式ポンプにおいて、前記遠心式ポンプは多段ポンプからなり、前記ケーシングは複数の羽根車を収容する多段に積み重ねられた複数の中間ケーシングを含み、前記中間ケーシングは、円筒状側面部と、隣接する中間ケーシングの軸方向端面が当接する段平面部と、前記段平面部から軸方向に延びる段側面部と、前記段側面部から径方向内側に延びる底面部とを備え、前記中間ケーシングの底面部は半球または略半球形状に湾曲形成されていてもよい。

また、前記中間ケーシングの底面部には、隣接する中間ケーシングの円筒状側面部の内周面に外周側の端面が当接する吸込板を取り付け、前記吸込板、前記段側面部、前記段平面部、および隣接する中間ケーシングの円筒状側面部の内周面によってＯリングを装着する空間を形成してもよい。
また、前記吸込板には、側板との間に挟み込む戻し羽根を設けてもよい。

また、前記中間ケーシングの底面部から円筒状側面部の間にあるコーナー成形部を覆うようにリング状のバッフルを設けてもよい。
また、前記バッフルの内周側には複数の溝が形成されていてもよい。
また、前記溝の最大径は羽根車外径よりも小さくてもよい。

本発明の遠心式ポンプの好ましい態様は、原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングと、該ケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーと、該ケーシングカバーを主軸が貫通する部分に設けられたメカニカルシールとを備えた遠心式ポンプにおいて、前記メカニカルシールは、回転側シールリングを保持するとともに前記主軸に固定されたスリーブと、前記ケーシングカバーとの間で液体をシールするシール部材を保持する円筒状部材と円板状部材からなり固定側シールリングを保持するホルダーとを備え、前記円筒状部材と円板状部材とは別部品を接合することにより形成されていてもよい。

また、前記円板状部材は板金製の平板からなってもよい。
また、前記円筒状部材と円板状部材とは円板状部材の大気側からレーザ溶接されていてもよい。
また、前記ポンプの主軸と前記原動機の主軸との間に、前記メカニカルシールの全長より長い間隙が設けられており、前記ポンプの主軸と前記原動機の主軸とを連結するためのカップリングを取り外すことにより、前記メカニカルシールを前記間隙を介して前記ポンプの主軸から取り外すことができるようになっていてもよい。

本発明の遠心式ポンプの好ましい態様は、原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングと、該ケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーと、該ケーシングカバーを主軸が貫通する部分に設けられたメカニカルシールとを備えた遠心式ポンプにおいて、前記メカニカルシールは、回転側シールリングを保持するとともに前記主軸に固定されたスリーブと、前記ケーシングカバーとの間で液体をシールするシール部材を保持する円筒状部材と円板状部材からなり固定側シールリングを保持するホルダーとを備え、前記主軸には、リング状の位置決め部材が取り付けられ、前記メカニカルシールのスリーブが該位置決め部材に当接してメカニカルシールの位置決めがされてもよい。
また、前記ホルダーは、固定側シールリングを保持する段付部を有してもよい。

本発明の遠心式ポンプの好ましい態様は、原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングとを備え、前記主軸の外周面に羽根車が挿入されるとともに羽根車の廻り止めを行う複数の溝を有した遠心式ポンプにおいて、前記主軸に、羽根車を主軸の軸方向に対して位置決めするリング状の位置決め部材を装着し、該位置決め部材の端面に当接する円板状部と該円板状部から折曲され前記位置決め部材の外周を囲むように設けられた円筒状部とを有したリテーナを設けてもよい。

また、前記リテーナは、前記主軸の溝形状に嵌合する内径部形状を有してもよい。
また、前記リテーナの円筒状部と前記位置決め部材の外周部とは接触または近接していてもよい。

本発明によれば、以下に列挙する効果を奏することができる。
（１）ケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーを鋳造品からなる厚肉部材とプレス製品からなり該厚肉部材の外面に密着固定された薄肉の耐食性のあるライニング部材とで構成したため、ケーシングカバーの剛性および耐食性を確保することができるとともに、薄肉のライニング部材のプレス成形が容易にできる。またライニング部材が薄肉であるため、材料費の低減も可能となる。

（２）複数の羽根車を収容する多段に積み重ねられた複数の中間ケーシングの各々は、底面部を有する円筒容器状に形成され、この底面部は半球または略半球形状に湾曲形成されているため、極めて耐圧性に優れている。従って、高圧な液体を収容するためには最適な中間ケーシングとなる。

（３）メカニカルシールがカートリッジ型のメカニカルシールであるため、モータ台に固定されたモータを取り外し、カップリングを取り外すだけで、メカニカルシールを主軸の上方から着脱することができる。したがって、多段に設けられた中間ケーシングおよび羽根車等をメカニカルシール交換のために取り外す必要はない。

（４）メカニカルシールの固定側部材（固定側シールリングを含む）を保持するホルダーは、円筒状部材と円板状部材とを接合して構成されているため、円筒状部材はパイプからわずかな加工を施せば形成することができ、また円板状部材は打ち抜き加工等によって簡単に形成することができるので、フランジ付きのシールカバーを最小限の加工工程で製作することができ、製作コストの低減を図ることができる。

（５）メカニカルシールをポンプの主軸に装着する際に、メカニカルシールの端部が主軸に固定された位置決め部材に当接するため、メカニカルシールを主軸に対して確実に位置決めすることができる。従って、固定側シールリングおよび回転側シールリングを最適な位置に保持することができる。

（６）ポンプの主軸に、羽根車を主軸の軸方向に対して位置決めするリング状の位置決め部材を装着し、該位置決め部材の端面に当接する円板状部と該円板状部から折曲され前記位置決め部材の外周を囲むように設けられた円筒状部とを有したリテーナを設けたため、リング状の位置決め部材はリテーナによって囲まれた状態で主軸に嵌り込んでいるため、羽根車を固定するための締め付け力がリング状の位置決め部材に加わっても、リング状の位置決め部材の変形を防止することができる。

以下、本発明に係る遠心式ポンプの実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。本発明の遠心式ポンプの一実施形態として、鋼板をプレス成形して形成された複数の中間ケーシングを多段に積み重ね、各中間ケーシングの内部に羽根車を収容した縦型の多段ポンプについて説明する。なお、図１乃至図８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態における縦型の多段ポンプを示す縦断面図である。本実施形態における縦型の多段ポンプは、鋼板をプレス成形して形成され多段に積み重ねられた複数の中間ケーシング１と、多段に積み重ねられた中間ケーシング１の上下に設けられた上部ケーシング２および下部ケーシング３と、多段の中間ケーシング１および上部ケーシング２を収容するとともに下部ケーシング３に連結された外ケーシング４を備えている。下部ケーシング３の下方にはポンプ台５が設けられており、外ケーシング４および上部ケーシング２の上方にはモータ（図示せず）を支持するためのモータ台６が設けられている。

ポンプ台５とモータ台６とは、複数のケーシングボルト８およびナット９により連結されている。すなわち、複数のケーシングボルト８の下端をポンプ台５に螺合し、各ケーシングボルト８の上端にナット９を締め付けることにより、多段の中間ケーシング１、上部ケーシング２および下部ケーシング３は、ポンプ台５とモータ台６とにより挟持される。また、外ケーシング４の上下端部は、下部ケーシング３とモータ台６とにそれぞれ嵌合され、下部ケーシング３とモータ台６とにより支持される。外ケーシング４と下部ケーシング３の嵌合部および外ケーシング４とモータ台６の嵌合部には、Ｏリング７，７が設けられている。

前記外ケーシング４は、ポンプ運転により発生する圧力水が外部に漏洩することを防止するための外胴を構成し、該外胴を構成する外ケーシング４の両端部には、密封用のＯリング７，７を装着するための成形部４ｆ，４ｆが形成されている。この成形部４ｆにおいては、Ｏリング７の脱落防止のため端部が外径側に拡大成形されている。なお、Ｏリング７を保持した外ケーシング４を下部ケーシング３およびモータ台６に取り付ける際に、Ｏリング７の挿入がしやすいように、相手側部品（下部ケーシング３およびライニング部材４０（後述する））には半径方向外方にテーパ状に拡がった部分が形成されている。

前記各中間ケーシング１の内部には、主軸１０に固定された羽根車１１が収容されている。主軸１０はスプライン軸になっており、各羽根車１１の内周部はスプライン軸に嵌合する複数の溝を有している。
主軸１０の上部には、メカニカルシール１２が装着されており、メカニカルシール１２により、主軸１０がポンプケーシングを貫通する部分の軸封（シャフトシール）を行っている。主軸１０の上端は、カップリング１４を介してモータ（図示せず）の主軸１５に連結されている。

前記下部ケーシング３には吸込ノズル１７および吐出ノズル１８が固定されており、吸込ノズル１７および吐出ノズル１８の先端には、それぞれ吸込フランジ１９および吐出フランジ２０が固定されている。

図２は、図１に示す中間ケーシング付近の構造を示す部分拡大図である。図２に示すように、本実施形態における中間ケーシング１は、略円筒容器状に形成されており、円筒状の側面部２１と、円筒状側面部２１から径方向外側に突出する突出部２２と、突出部２２から径方向内側に延びる段平面部２３と、段平面部２３から軸方向に延びる段側面部２４と、段側面部２４から径方向内側に延びる底面部２５とを有している。この中間ケーシング１は、ステンレス鋼板をプレス成形して製作される。

突出部２２は円筒状側面部２１の外径よりも大きな外径を有しており、段側面部２４は円筒状側面部２１の内径よりもやや小さな外径を有している。また、段平面部２３は、円筒状側面部２１に対して直角に形成されており、隣接する中間ケーシング１の円筒状側面部２１の軸方向端面２１ａの略全面が段平面部２３に当接するようになっている。なお、円筒状側面部２１の端面２１ａとの当たり面の面積が確保できれば、段平面部２３は円筒状側面部２１に対して直角ではなく所定角度だけ傾斜していてもよい。

中間ケーシング１の底面部２５は、中間ケーシング１の軸方向に半球または略半球形状に湾曲形成されている。そして、底面部２５には吸込板３０が溶接により取付けられており、この吸込板３０と側板３２との間には戻し羽根３４が挟み込まれて溶接されている。吸込板３０は、底面部２５に密接するように半球または略半球形状に湾曲形成されている。吸込板３０の外周側の端面３０ａは、隣接する中間ケーシング１の円筒状側面部２１の内周面に当接しており、この吸込板３０、段側面部２４、段平面部２３、及び隣接する中間ケーシング１の円筒状側面部２１の内周面によってＯリング２７を装着する空間が形成されている。このように、本発明によれば、プレス成形が容易な単純な構造となるため、中間ケーシング間のＯリング用の溝を容易且つ精度高く形成することができ、安定したシール性能と精度を得ることができる。また、市販されているＯリングに合わせてＯリング用の溝の形状を容易に変更することができるので、入手しやすい市販のＯリングを使用することでコストを低減することができる。そして、中間ケーシング１の底面部２５は半球または略半球形状に湾曲形成されているため、中間ケーシング１は耐圧性に優れている。

中間ケーシング１の底面部２５の内周側の縁部２６にはライナリング２８が取付けられており、このライナリング２８によって、高圧水の羽根車吸込側への漏れが防止される。

中間ケーシング１の内部には、突出部２２、段平面部２３、段側面部２４および底面部２５の外周側の部分をカバーするようにバッフル３６が設けられている。バッフル３６は中間ケーシング１の底面部２５に溶接により接合されており、バッフル３６により石等の固形物が中間ケーシング１内に流入したとしても固形物から突出部２２、段平面部２３、段側面部２４および底面部２５の外周側の部分を保護するようになっている。特に、バッフル３６は中間ケーシング１のコーナー成形部を保護している。なお、バッフル３６はポンプの用途によっては省略してもよい。

図３は中間ケーシングの内部を示す図であり、図２のIII矢視図である。図３に示すように、バッフル３６の内周側は、半径方向外方に延びる多数の溝３６ａを形成したスプライン構造になっている。従って、これらの溝３６ａの箇所においては、中間ケーシング１の底面部２５が露出しており、これらの溝３６ａがない箇所においては、底面部２５はバッフル３６によって覆われることになる。その結果、底面部２５には、羽根車１１と対向する面にバッフル３６の板厚に相当する厚さ分だけ凹凸部が形成されることになる。そのため、羽根車１１と底面部２５との間の空間に存在する液体は、羽根車１１の回転に伴って回転エネルギーが付与されるが、バッフル３６の溝３６ａにより形成された底面部２５の表面の凹凸部により、液体の回転エネルギーが減衰される。その結果、羽根車１１と底面部２５との間の空間に存在する液体の静的圧力低下が防止され、羽根車１１に加わるスラスト力を低減することができる。

次に、主軸１０がポンプケーシングを貫通する部分の軸封（シャフトシール）を行うためのメカニカルシール１２およびその周辺部品を図１および図４を参照して説明する。図４は図１の要部拡大断面図である。
図１および図４に示すように、モータ台６の接液部には、ステンレス鋼板をプレス成形して製作したライニング部材４０が密着固定されている。モータ台６はねずみ鋳鉄の鋳造品からなり、このモータ台６とプレス成形品のライニング部材４０とは、ポンプケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーを構成している。ライニング部材４０は圧入によりモータ台６に密着固定されている。ライニング部材４０の内周側には環状部４０ａが形成され、この環状部４０ａはメカニカルシールホルダー４４の中空円筒状部４４ｈを覆っている。ライニング部材４０の環状部４０ａの端部は、拡管されて半径方向外方に折り返されており、ライニング部材４０がモータ台６から抜け落ちないようになっている。また、ライニング部材４０の外周縁部４０ｂは、半径方向外方にテーパ状に拡がっており、Ｏリング７の挿入がしやすいようになっている。そして、主軸１０の上部には、カートリッジ型のメカニカルシール１２が装着されており、このメカニカルシール１２により主軸１０がケーシングカバー（モータ台６とライニング部材４０からなる）を貫通する部分（中空円筒状部４４ｈ）の軸封（シャフトシール）を行っている。

本発明によれば、ポンプケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーを鋳造品からなる厚肉部材であるモータ台６とプレス成形品からなり該厚肉部材の外面に密着固定された薄肉の耐食性のあるライニング部材４０とで構成したため、ケーシングカバーの剛性および耐食性を確保することができるとともに薄板のライニング部材４０のプレス成形が容易にできる。またライニング部材４０が薄肉であるため、ステンレス鋼板の材料費も低減できる。

また、図１に示すように、モータ台６には呼び水用および空気抜き用の縦孔６ｂと横孔６ｃとが形成されている。そして、縦孔６ｂにはステンレス鋼からなるパイプ５１が嵌合され、横孔６ｃにはステンレス鋼から形成された円筒容器状部材５２が嵌合されている。円筒容器状部材５２の開口端にはプラグ５３が螺合されている。

図１に示す構成によれば、ねずみ鋳鉄からなるモータ台６に呼び水兼空気抜き用の孔を形成するに際して、接液部にステンレス鋼からなるパイプ５１および円筒容器状部材５２を設けている。したがって、モータ台６が耐食性に劣るねずみ鋳鉄から構成されていても、モータ台６内の接液部をすべてステンレス鋼からなる部材によりライニングしているため耐食性を確保することができる。なお、ライニング部材４０とパイプ５１との当接部およびパイプ５１と円筒容器状部材５２との当接部はともにレーザ溶接されており、水密性が確保されている。

カートリッジ型のメカニカルシール１２は、図１および図４に示すように、主軸１０に装着されるとともに主軸１０と一体に回転するカートリッジスリーブ４１と、カートリッジスリーブ４１に装着されカートリッジスリーブ４１と一体に回転する回転側シールリングを含む回転側部材４２と、回転側部材４２と相対して密接する固定側シールリングを含む固定側部材４３と、固定側部材４３を保持するとともにモータ台６に固定されるホルダー４４とを備えている。ホルダー４４は、固定側シールリングを含む固定側部材４３を保持するとともにＯリング４５を装着した円筒状部材４４ａと、この円筒状部材４４ａにレーザ溶接により接合された円板状部材４４ｂとから構成されている。円筒状部材４４ａは、固定側シールリングを含む固定側部材４３を保持するための段付部４４ｓを有している。そして、ホルダー４４は、円板状部材４４ｂが複数のボルト４６によりモータ台６に締め付け固定されることにより、モータ台６に固定されている。

一方、カートリッジスリーブ４１の上端にはスリーブ押さえ４７が設けられており、このスリーブ押さえ４７には複数の止めネジ４８が螺合されている。カートリッジスリーブ４１には、止めネジ４８に対応した位置に貫通孔４１ｈが設けられており、止めネジ４８を主軸１０に対して締め付けることにより、スリーブ押さえ４７は主軸１０とともに回転し、これに伴いカートリッジスリーブ４１が主軸１０とともに回転するようになっている。なお、回転側シールリングは圧縮コイルバネ（図示せず）により固定側シールリングに押圧されるようになっている。また回転側シールリングを含む回転側部材４２とカートリッジスリーブ４１との間には調整スリーブ４９が設けられている。

上述した構成のカートリッジ型メカニカルシール１２を取り外すには、カップリング１４を取り外した後に、図示しないモータをモータ台６から取り外す。この状態でカートリッジ型メカニカルシール１２の上方には、主軸１０の上端部以外には何も存在しない状態となる。次に、止めネジ４８を緩め、スリーブ押さえ４７を主軸１０に対してフリーにした状態で、ボルト４６をモータ台６から取り外し、ホルダー４４をドライバ等を用いて上方に持ち上げる。これにより、ホルダー４４の円板状部材４４ｂの内周縁部がスリーブ押さえ４７の端面に当接し、この結果、ホルダー４４とスリーブ押さえ４７とカートリッジスリーブ４１とが一体に上昇する。そして、ホルダー４４を更に上昇させると、カートリッジ型メカニカルシール１２の全体を主軸１０から上方に取り外すことができる。

カートリッジ型メカニカルシール１２を主軸１０に装着するには、回転側シールリングを含む回転側部材４２を保持したカートリッジスリーブ４１、固定側シールリングを含む固定側部材４３を保持したホルダー４４、およびカートリッジスリーブ４１の上端に装着されたスリーブ押さえ４７を一体にした状態で、主軸１０の上端より主軸１０に装着し、その後、ボルト４６をモータ台６に締め付け、止めネジ４８を主軸１０に締め付ければよい。ライニング部材４０の環状部４０ａは、その端部が半径方向外方に拡管されているため、メカニカルシール１２の装着時に、ホルダー４４に保持されたＯリング４５が挿入しやすいようになっている。図１に示すように、主軸１０には、２つ割りのスプリットリング９１（後に詳述する）が取り付けられており、メカニカルシール１２を主軸１０に装着する際に、メカニカルシール１２の下端部がスプリットリング９１に当接し、メカニカルシール１２の位置決めをするようになっている。

上述した構成のカートリッジ型メカニカルシールによれば、カップリング１４を取り外し、モータ台６に固定されたモータ（図示せず）を取り外すだけで、カートリッジ型メカニカルシール１２を主軸１０の上方から着脱することができる。したがって、多段に設けられた中間ケーシング１および羽根車１１等をメカニカルシール交換のために取り外す必要はない。

また、本発明においては、メカニカルシールの固定側部材（固定側シールリングを含む）を保持するホルダー４４は、円筒状部材４４ａと円板状部材４４ｂとをレーザ溶接で接合して構成されているため、円筒状部材４４ａはパイプからわずかな加工を施せば形成することができ、また円板状部材４４ｂは打ち抜き加工等によって簡単に形成することができるので、フランジ付きのホルダー４４を最小限の加工工程で製作することができ、製作コストの低減を図ることができる。

次に、図１乃至図４に示す多段ポンプの作用を簡単に説明する。
ポンプの運転時に、吸込ノズル１７から吸い込まれた液体は、下部ケーシング３内に導入され、最下段の中間ケーシング１内の１段目の羽根車１１により昇圧される。１段目の羽根車１１から吐出された液体は、吸込板３０と側板３２との間に挟み込まれた戻し羽根３４により形成される流路を通って次段の羽根車１１の吸込部に導かれる。このようにして、液体は中間ケーシング１内の各段の羽根車１１により昇圧され、各段の戻し羽根３４により形成される流路を通過する間に圧力を回復し、最上段にある最終段の羽根車１１により昇圧され、最終段の戻し羽根３４により形成される流路を通過して圧力を回復した後、上部ケーシング２内に流入する。上部ケーシング２には複数の吐出孔２ａが形成されており、上部ケーシング２内の液体は吐出孔２ａから外ケーシング４と多段の中間ケーシング１との間に形成された環状流路５５を通って吐出ノズル１８から外部に吐出される。なお、上述した実施形態は縦型の多段ポンプについて説明したものであるが、本発明の遠心式ポンプは横型のポンプとしても用いることができる。

図５は、図１に示す縦型の多段ポンプの第１変形例を示す縦断面図である。図５に示す多段ポンプにおいては、モータ（図示せず）をモータ台６から取り外すことなく、カートリッジ型メカニカルシール１２を取り外すことができるようになっている。また、カートリッジ型メカニカルシール１２をポンプの主軸１０に装着する際にも、同様にモータをモータ台６から取り外す必要がない。

ポンプの主軸１０とモータの主軸１５との間には、カートリッジ型メカニカルシール１２の全長より長い間隔Ｌ_１が形成されている。それゆえ、カートリッジ型メカニカルシール１２は、モータをモータ台６に装着した状態で、主軸１０から取り外すことができる。すなわち、２つ割り構造のカップリング１４を取り外した後に、カートリッジ型メカニカルシール１２の全体を持ち上げて、ポンプの主軸１０とモータの主軸１５との間に形成された空間の位置まで上昇させると、カートリッジ型メカニカルシール１２を主軸１０から取り出すことができる。

また、モータ台６の側壁には略矩形の窓６ｗが形成されているので、上方に持ち上げたカートリッジ型メカニカルシール１２を窓６ｗから横に取り出すことができる。カートリッジ型メカニカルシール１２を装着するには、カートリッジ型メカニカルシール１２を窓６ｗからモータ台６内に挿入した後に、主軸１０と主軸１５との間の空間を介してカートリッジ型メカニカルシール１２を主軸１０に装着すればよい。

図５に示すカップリング構造によれば、重量物である電動機を一切動かすことなく、カップリングを取り外すのみの操作でメカニカルシールの点検および交換が可能となる。

図６は、図１に示す縦型の多段ポンプの第２変形例を示す縦断面図である。図６に示す多段ポンプにおいては、モータ台６にハウジングブラケット８０が固定されており、このハウジングブラケット８０には、ポンプに発生する軸スラスト荷重を受けるための大型の玉軸受８１が格納されている。ポンプの主軸１０とモータの主軸１５とは、第１カップリング８２および第２カップリング８３によって連結されている。ポンプの主軸１０の上端と第１カップリング８２の下端との間には、カートリッジ型メカニカルシール１２の全長より長い間隔Ｌ_２が形成されている。それゆえ、カートリッジ型メカニカルシール１２は、モータをハウジングブラケット８０に装着した状態で、主軸１０から取り外すことができる。すなわち、２つ割り構造の第２カップリング８３を取り外した後に、カートリッジ型メカニカルシール１２の全体を持ち上げて、ポンプの主軸１０と第１カップリング８２との間に形成された空間の位置まで上昇させると、カートリッジ型メカニカルシール１２を主軸１０から取り外すことができる。

また、モータ台６の側壁には略矩形の窓６ｗが形成されているので、上方に持ち上げたカートリッジ型メカニカルシール１２を窓６ｗから横に取り出すことができる。カートリッジ型メカニカルシール１２を装着するには、カートリッジ型メカニカルシール１２を窓６ｗからモータ台６内に挿入した後に、主軸１０と第１カップリング８２との間の空間を介してカートリッジ型メカニカルシール１２を主軸１０に装着すればよい。

図６に示すカップリング構造によれば、重量物である電動機を一切動かすことなく、カップリングを取り外すのみの操作でメカニカルシールの点検および交換が可能となる。

また、大型の玉軸受８１を有するハウジングブラケット８０を用いることにより、ポンプに発生する軸スラスト荷重をこの大型の玉軸受８１で受けることとなるので、市販品の安価で、且つ小型の汎用電動機を使用することが可能になり、これによって電動機選択の幅が拡がり、電動機を含むポンプの原価低減につなげることができる。

図７および図８は、図１、図５および図６の実施形態において、最上段の羽根車１１をポンプの主軸１０に固定する構造を示す図であり、図７は主軸１０、スプリットリング９１およびリング押さえ９２の分解斜視図であり、図８は主軸１０、スプリットリング９１およびリング押さえ９２の組立てられた状態を示す部分断面斜視図である。

図７に示すように、主軸１０には、スプライン部１０ｓの上端部近傍に円周溝１０ｇが形成されており、この円周溝１０ｇには、羽根車１１の位置決めを行う２つ割りのスプリットリング９１が嵌合されるようになっている。スプリットリング９１は、羽根車１１を主軸１０の軸方向に対して位置決めする位置決め部材を構成している。図７において主軸１０の下方に示されるリング押さえ９２は、位置決め部材を構成するスプリットリング９１の端面に当接する円板状部９２ａと、円板状部９２ａから折曲されスプリットリング９１の外周を囲むように設けられた円筒状部９２ｂとを有しており、リング押さえ９２は主軸１０に装着されたスプリットリング９１を保持するリテーナを構成している。リテーナを構成するスプリットリング９１は、主軸１０のスプライン部１０ｓに設けられたスプライン溝に嵌合する内径部形状としてのスプライン溝９２ｇを有している。

まず、リング押さえ９２をスプライン部１０ｓに沿って上昇させ、リング押さえ９２を主軸１０に装着されたスプリットリング９１に当接させる。この時、リング押さえ９２の円筒状部９２ｂとスプリットリング９１の外周部とは接触または近接している。その後、各段の羽根車１１を主軸１０に装着し、最後にナット９３を主軸１０の下端に螺合して、多段の羽根車１１を主軸１０に固定する。なお、２つ割りのスプリットリング９１に代えて、図７において主軸１０の上方に示すようなＣ型止め輪９４を用いてもよい。

本実施形態によれば、ナット９３を締め付けることにより、多段の羽根車１１を主軸１０に固定している。この際、ナット９３の締め付け力は、リング押さえ９２を介してスプリットリング９１に伝わるが、このスプリットリング９１は、リング押さえ９２によって囲まれた状態で主軸１０の円周溝１０ｇにしっかり嵌り込んでいるため、スプリットリング９１が変形することがない。このスプリットリング９１は、図１に示すように、カートリッジ型のメカニカルシール１２の下端部の位置決め用としても機能している。

本発明の一実施形態における縦型の多段ポンプを示す縦断面図である。図１に示す中間ケーシング付近の構造を示す部分拡大図である。中間ケーシングの内部を示す図であり、図２のIII矢視図である。図１の要部拡大断面図である。図１に示す縦型の多段ポンプの第１変形例を示す縦断面図である。図１に示す縦型の多段ポンプの第２変形例を示す縦断面図である。主軸、スプリットリングおよびリング押さえの分解斜視図である。主軸、スプリットリングおよびリング押さえの組立てられた状態を示す部分断面斜視図である。従来の多段ポンプの一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１中間ケーシング
２上部ケーシング
２ａ吐出孔
３下部ケーシング
４外ケーシング
４ｆ成形部
５ポンプ台
６モータ台
６ｂ縦孔
６ｃ横孔
６ｗ窓
７Ｏリング
８ケーシングボルト
９ナット
１０主軸
１０ｇ円周溝
１０ｓスプライン部
１１羽根車
１２メカニカルシール
１４カップリング
１５主軸
１７吸込ノズル
１８吐出ノズル
１９吸込フランジ
２０吐出フランジ
２１側面部
２１ａ軸方向端面
２２突出部
２３段平面部
２４段側面部
２５底面部
２６縁部
２７Ｏリング
２８ライナリング
３０吸込板
３０ａ端面
３２側板
３４戻し羽根
３６バッフル
３６ａ溝
４０ライニング部材
４０ａ環状部
４０ｂ外周縁部
４１カートリッジスリーブ
４１ｈ貫通孔
４２回転側部材
４３固定側部材
４４ホルダー
４４ａ円筒状部材
４４ｂ円板状部材
４４ｈ中空円筒状部
４４ｓ段付部
４５ Oリング
４６ボルト
４７スリーブ押さえ
４８止めネジ
４９調整スリーブ
５１パイプ
５２円筒容器状部材
５３プラグ
５５環状流路
８０ハウジングブラケット
８１玉軸受
８２第１カップリング
８３第２カップリング
９１スプリットリング
９２リング押さえ
９２ａ円板状部
９２ｂ円筒状部
９２ｇスプライン溝
９３ナット
９４Ｃ型止め輪
１０１中間ケーシング
１０１ａ底面部
１０２上部ケーシング
１０３下部ケーシング
１０３ａ吸込口
１０３ｂ吐出口
１０４外ケーシング
１０５ケーシングカバー
１０６モータ台
１１０主軸
１１１羽根車
１１２メカニカルシール
１３４戻し羽根
１５５環状流路

Claims

原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、
該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングと、
該ケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーと、
該ケーシングカバーを主軸が貫通する部分に設けられた軸封装置とを備えた遠心式ポンプにおいて、
前記ケーシングカバーを鋳造品からなる厚肉部材とプレス成形品からなり該厚肉部材の外面に密着固定された薄肉の耐食性のあるライニング部材とで構成し、
前記厚肉部材の中央部には前記主軸が貫通する中空円筒状部が形成され、
前記ライニング部材は該中空円筒状部に嵌合する環状部を有し、
該環状部の端部は拡管され、該ライニング部材が厚肉部材から離脱しないようになっていることを特徴とする遠心式ポンプ。
前記拡管された部分は、前記軸封装置のパッキンの挿入の際にガイドになるようにテーパ形状を有していることを特徴とする請求項１記載の遠心式ポンプ。
前記ライニング部材は前記厚肉部材に圧入により密着固定されていることを特徴とする請求項１または２記載の遠心式ポンプ。
前記ケーシングカバーの厚肉部材には大気側から液体側に連通する連通孔が形成され、
該連通孔には耐食性のパイプが挿入され、該パイプと前記ライニング部材とは溶接接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の遠心式ポンプ。
前記溶接がレーザ溶接であることを特徴とする請求項４記載の遠心式ポンプ。
原動機と連結された主軸に取り付けられた少なくとも１つの羽根車と、
該羽根車に対応して設けられた少なくとも１つのケーシングと、
該ケーシングの開放端を密閉するケーシングカバーと、
該ケーシングカバーを主軸が貫通する部分に設けられた軸封装置とを備えた遠心式ポンプにおいて、
前記ケーシングカバーを鋳造品からなる厚肉部材とプレス成形品からなり該厚肉部材の外面に密着固定された薄肉の耐食性のあるライニング部材とで構成し、
ポンプ運転により発生する圧力水を外部に漏洩することを防止するための外胴を有し、該外胴の両端部もしくは一端部に密封用のＯリングを装着するための成形部を設け、
前記外胴の成形部において、Ｏリングの脱落防止のために端部を外径側に拡大成形したことを特徴とする遠心式ポンプ。
前記外胴が取り付けられる相手側部品には、Ｏリングの挿入がしやすいように、半径方向外方にテーパ状に拡がった部分が形成されていることを特徴とする請求項６記載の遠心式ポンプ。