JP5969570B2 - 深井戸用水中モータポンプ水中モータのスラスト荷重に対する保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、深井戸用水中モータポンプの保護装置に関し、詳細には水中モータのスラスト荷重に対する保護装置及びこれを有する水中モータポンプに関する。

従来の深井戸用水中モータポンプは、モータの停止時には揚湯（水）管内のお湯（湯水）がポンプのガス抜き用チャキ穴からポンプを経由して、ポンプの吸口から井戸内の水位まで戻る。
その際、水中ポンプ内の羽根車は、湯水の落下の圧力によって反対方向に回転するが、この時モータにスラスト荷重がかかり、スラスト軸受が破壊されることが多い。

かかる構造が破壊されると、機器全体を交換しなければならないのが現状である。そこで、ポンプの逆回転を防止する技術について言及すれば、特許文献１及び２は、ポンプ停止時にポンプの逆回転を防止するように構成された逆回転防止機構が設けられた液化ガスタンク用潜没ポンプが記載されている。かかる逆回転防止機構の構造は複雑であり、その構造上、多くの場合、潤滑油やグリースによって潤滑されており、揚水用のポンプへの適用ではない。
特許文献３は、モータポンプの逆止弁の中央にスプリングを設け、該スプリングの弾発力により弁座を閉鎖し揚湯管内の湯水の落下を防止する構造は記載されている。

特許第３４８３９０７号公報 特開平７−２０８３８４号公報 登録実用新案公報第３１０３９５２号

上記はいずれも複雑な構造を有し、さらに一般的な水中モータポンプの適用ではない。
深井戸用水中モータポンプの運転停止時、特に深井戸内でモータポンプが１分間に約３０００回転で高速運転した後に運転を停止させると、揚湯管内の湯水は、水中モータポンプのガス抜き用チャキ穴から逆流し、湯水は井戸の水位まで戻る。該水中モータポンプは、地下数百メートルに設置されるが、逆流によって、実に数トンもの水が逆流することになるのである。
その際、水中ポンプの羽根車は、湯水落下の圧力によって反対方向に回転（反転、逆回転）するが、この時、スラスト軸受が破壊されることが多い。水中モータのスラスト軸受の破壊の原因の多くが、上記現象により発生する。
かかる構造が破壊されると、機器全体を交換しなければならないのが現状であり、交換・修理に時間を要すことになるが、そのために湯水の供給を止めることとなり、温泉などの営業に支障をきたす。
そこで、水中モータのスラスト荷重による破壊から保護するための、長期に亘り耐久性のある、より簡便な機構の開発が望まれる。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
即ち、本発明は、
＜１＞ 水中ポンプの回転軸に接続して、前記水中ポンプを駆動する水中モータを有する温泉の湯水汲み上げ用の深井戸用水中モータポンプの、
前記水中モータと前記水中ポンプの間に前記水中モータと前記水中ポンプを連結するように配される、ブレーキＡ、ブレーキＢ及び接続シャフトからなり、
該ブレーキＡは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＢと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
該ブレーキＢは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＡと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
該切り込み構造は、互いに嵌合するように軸部を中心に放射状に有しかつ隣接する切り込み部分にむかって斜め方向への切り込みを有するものであり、
該ブレーキＡ及び該ブレーキＢのそれぞれの中心を貫通した該接続シャフトが、該水中モータポンプのポンプ部及びモータ部を連結するように配置され、
１）該水中モータポンプの運転時に、該接続シャフトを貫通させて配された該ブレーキＡ及び該ブレーキＢとが互いに連結しない様に間隔を空けて配されるようにし、
２）該水中モータポンプの運転停止時に、該ブレーキＢが垂直に下降し該ブレーキＡに嵌合し連結固定されることにより、該水中ポンプの羽根車が逆回転しない様に固定され、該水中ポンプの逆回転を防止し、これにより揚湯管内の湯水を水中モータポンプのガス抜き用チャキ穴から井戸の水位まで逆流させる
ことを特徴とする、深井戸用水中モータポンプの保護装置。
＜２＞ 水中ポンプの回転軸に接続して、前記水中ポンプを駆動する水中モータを有する温泉の湯水汲み上げ用の深井戸用水中モータポンプにおいて、
該水中モータと該水中ポンプの間に、保護装置を備え、
該保護装置は、前記水中モータと前記水中ポンプの間に前記水中モータと前記水中ポンプを連結するように配される、ブレーキＡ、ブレーキＢ及び接続シャフトからなり、
該ブレーキＡは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＢと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
該ブレーキＢは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＡと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
該切り込み構造は、互いに嵌合するように軸部を中心に放射状に有しかつ隣接する切り込み部分にむかって斜め方向への切り込みを有するものであり、
該ブレーキＡ及び該ブレーキＢのそれぞれの中心を貫通した該接続シャフトが、該水中モータポンプのポンプ部及びモータ部を連結するように配置され、
１）該水中モータポンプの運転時に、該接続シャフトを貫通させて配された該ブレーキＡ及び該ブレーキＢとが互いに連結しない様に間隔を空けて配されるようにし、
２）該水中モータポンプの運転停止時に、該ブレーキＢが垂直に下降し該ブレーキＡに嵌合し連結固定されることにより、該水中ポンプの羽根車が逆回転しない様に固定され、該水中ポンプの逆回転を防止し、これにより揚湯管内の湯水を水中モータポンプのガス抜き用チャキ穴から井戸の水位まで逆流させることを特徴とする保護装置である、
深井戸用水中モータポンプ。
である。

従来の水中モータポンプは、ポンプ停止時に、湯水がポンプのガス抜きの穴から井戸内水位まで戻る際に、水圧の帯動で水中モータが反対方向に回転する。本発明によれば、この逆回転に対するブレーキ装置を設けることにより、水圧の帯動による水中ポンプの逆回転を防ぐ。これにより、水中モータ部自体の回転も防ぎ、水中モータポンプをスラスト荷重から保護する。
そして、本発明によれば、深井戸用水中モータポンプのモータの停止時に、本発明による保護装置が作動するため、水中ポンプは固定され、羽根車を逆回転させない。ゆえに、モータ軸及びポンプの羽根車を、耐久性があり簡便な構造において逆回転による破壊から保護することができ、モータポンプの寿命を格段に延長させることができ、修理時においても部品交換が容易である。

本発明の水中モータポンプ全体に占める本発明の保護装置の位置を丸囲み部分として示した図である。 本発明の水中モータポンプの保護装置の組み立てかたを模式的に示す図であり、図１の保護装置部分の拡大図であって、イ−イ’方向の断面を示す図である。 本発明の水中モータポンプの保護装置の縦断面図である。 本発明の水中モータポンプの保護装置のブレーキＡの縦断面の模式図である。 本発明の水中モータポンプの保護装置のブレーキＡをロ方向からみた底面図である。 本発明の水中モータポンプの保護装置のブレーキＢの縦断面の模式図である。 本発明の水中モータポンプの保護装置のブレーキＢをハ方向からみた平面図である。 本発明の水中モータポンプ保護装置接続シャフトの正面図である。

本発明による保護装置が適用される深井戸用水中モータポンプとは、筒状の水中ポンプに、該ポンプを駆動させる筒状の水中モータが接続されている通常の水中モータポンプを指す。
本発明において、スラスト荷重とは、水中モータポンプの回転軸の軸方向にかかる荷重を指す。
本発明において、スラスト軸受けは、モータ下部に設置され（図中に示さず）、モータの回転の際、軸方向へ働く推力を緩和するためのものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態を示す。図１に示した本発明の水中モータポンプ全体図中、下部にモータ部６を、上部にポンプ部５を有しており、本発明にかかる深井戸用水中モータポンプの保護装置は両者の間７に配される。なお、モータ部の底部は、地中最下部に配置され、ポンプ部の上部にパイプ部（図中に示さず）が接続され、地上へ湯水が汲み上げられる。図２は、該水中モータポンプの組み立てを模式的に示す図であり、図１の７部分の拡大断面図である。図３は、該水中モータポンプの保護装置の拡大図であり、図２のモータ部、保護装置及びポンプ部を連結するために、上下の外枠１、板フランジ１３、及びブレーキＡ２がねじ止めされ連結された状態の断面図である。
なお、従来型の水中モータポンプは、該保護装置部が無く、モータ部とポンプ部が連結されているのみである。

図４は本発明の水中モータポンプの保護装置ブレーキＡの縦断面図、図５は本発明の水中モータポンプの保護装置ブレーキＡの底面図、図６は本発明の水中モータポンプの保護装置ブレーキＢの縦断面図、そして、図７は本発明の水中モータポンプの保護装置ブレーキＢの平面図を夫々示す。
図８は、本発明の水中モータポンプの保護装置ブレーキＡ及び保護装置ブレーキＢを接続しているシャフトの平面図である。なお、図８の該シャフトの図中、左端が図１の水中モータポンプに配置されたときの上部（ポンプ部側）、右端が下部（モータ部側）にあたる。

本発明の水中モータポンプの保護装置は、図１に示されるように、モータ部６とポンプ部５の間の部分７に配置される。
本発明の水中モータポンプ保護装置８は、図３に示すように、保護装置ブレーキＡ２、保護装置ブレーキＢ３、これらを接続する保護装置接続シャフト４及び外枠１から構成される。上下の外枠は、夫々ポンプ部及びモータ部に固定されている。上下外枠及びブレーキＡは、図３に示すように板フランジ１３を介して固定されるか、又は該フランジ１３構造を有さず直接連結固定されていてもよい。
該保護装置ブレーキＡ及びＢは、水中モータポンプの形状に従い円筒状の形状でありポンプの運転停止時に互いに嵌合することにより両者が固定されるための切り込み構造を有し、該保護装置ブレーキＡ２には、外枠に固定されるための固定部１２を有し、該シャフト４には、該ブレーキＢ３を固定するための構造、例えば、ブレーキＢ固定用溝９、モータ部及びポンプ部を固定するための構造、例えば、溝構造（夫々１０及び１１）を有する。

該ブレーキＡは及び該ブレーキＢは、逆回転を防ぐための、互いが嵌合するための切り込み構造を有する。かかる切り込み構造は、ブレーキＡ及びブレーキＢが互いにしっかりと嵌合する形状である必要があり、ポンプの正回転時（運転時には）互いに嵌合が解かれる方向で切り込みが設けられ、また、ポンプの逆回転（ポンプの運転停止時）には、該ブレーキＡ及び該ブレーキＢが接近するに従い、咬合い、最も接近することで逆回転を防止するよう嵌合う形状である必要がある。
例えば、図５及び７に示すように、該ブレーキＡ及び該ブレーキＢには、互いに嵌合するように軸部を中心に放射状に６つの隣接する切り込み部分にむかって斜め方向への切り込みが設けられる。
水中モータポンプ運転時には、該ブレーキＢはポンプで汲み上げられる水の吸引力により、ブレーキＡから離れて位置し、該ブレーキＡの上部に位置している。該水中モータポンプの運転停止時には、それまでポンプで汲み上げられた水が、井戸の水位まで戻る力により、該ブレーキＢの水中モータポンプの運転時のポンプ内の位置から、押し下げられ該ブレーキＡに近接するように下降し、最後には該ブレーキＡに嵌合する。これにより、ポンプはこれ以上逆回転しないで回転を停止する。
本発明の保護装置がない従来型の水中モータポンプにおいて、ポンプ部の内部構造は、運転前後に亘る内部の水の吸引力や重力によって、若干の上下移動があるが、本発明は、この現象を利用するものである。
このようにして、ブレーキＡ及びブレーキＢは、該ブレーキＢが一方向（逆回転方向）に回転し下降したときのみ互いの凹凸により、逆回転が阻止されるように嵌合するような、ＡとＢとが互いに対応する切込み構造を有する。

なお、該切り込みは、例えば図４及び５のブレーキＡ、並びに図６及び７のブレーキＢのように夫々放射状に６個の切り込み形状を有する場合を例示したが、切り込みの数及び形状は、これらに限定されるものではない。
なお、切り込み深さは、深すぎても、運転再開時に容易にポンプの回転が開始しないため好ましくなく、浅すぎてもしっかり嵌合できないものは好ましくない。

本発明による保護装置のブレーキＢは、接続シャフトに固定され、水中モータポンプの運転開示及び運転停止時、即ち、水の吸引力及び水が下降する圧力により上下する。
一方、保護装置のブレーキＡは、本発明の保護装置の外枠に固定されており、水中モータポンプ内を上下に軸に沿い移動することはない。
該ブレーキＡが、外枠に固定されている該固定方法は、ブレーキＡに配置されるフランジ部分と外枠とが、例えば、ねじ穴の固定部１２（図５参照）、例えば外周に沿った４箇所のねじにより固定される場合を例示したが、固定方法はこれに限定されるものではない。

該ブレーキＡ２及び該ブレーキＢ３とは、互いに連結しない様に間隔を空けて配置されるために、該接続シャフト４は、該ブレーキＡ２及び該ブレーキＢ３のそれぞれの中心を貫通し、さらに、該ブレーキＢは該接続シャフトの中心軸上に沿い上下に移動可能なように中心を貫通されて接続シャフト４に固定されている。なお該接続シャフトの両端は、水中モータポンプのポンプ部５の回転軸及びモータ部６の回転軸を連結する軸として配置されるものである。このようにして、該ブレーキＢは、接続シャフトによりモータ部とポンプ部の中間において上下に移動する。
該ブレーキＢの該シャフトへの固定方法としては、例えば、図８に示すように、シャフトの両端の穴部とポンプ部及びモータ部をねじ止め固定する態様が例示されるが、これに限定されるものではない。

本発明の水中モータポンプにおいては、運転時にモータの駆動力により、接続シャフトを介して水中ポンプの回転軸に伝達され、ポンプ内の羽根車（図示せず）の回転により湯水がポンプ吐出口から吐出される。
該水中モータポンプの運転時には、該接続シャフトを貫通させて配された保護装置ブレーキＡ及び保護装置ブレーキＢは互いに接していない。

このように、ブレーキＡ及びブレーキＢは、水中モータポンプ運転時には、互いに連結せずに間隔をあけて接続シャフトに配置され、該ブレーキＢは、ポンプの運転に従い羽根車と同じ正方向に回転しているが、水中モータポンプの運転を停止させた際には、ポンプで汲み上げられた湯水が井戸の水位まで落下しようとする力によって、羽根車が運転時と逆の方向へ回転しようとすると同時に、上部からの水の重力によって、ブレーキＢがブレーキＡに接近し、ブレーキＡの切り込みと嵌合し、ポンプの羽根車の回転を固定する。即ち、水中モータと水中ポンプの回転が逆回転を阻止するように固定される。
したがって、モータの停止に伴い正方向の回転が停止されているのと同時に、湯水の逆流に伴うポンプの逆回転が抑止される。そして、かかるモータポンプの停止時には、揚湯管内の湯水は、ポンプ部が逆回転するという現象なしにポンプ上部のチャキ穴（図示せず）から流出してポンプ外部を通り、井戸水の水位まで自然落下する。

本発明の水中モータポンプにおいて、運転停止状態から運転を再開した時には、ブレーキＡ及びブレーキＢが嵌合している方向と逆の方向、即ち正方向の回転を再開し、ポンプで汲み上げられる水のポンプ内の上部への吸引力によって、ブレーキＢがブレーキＡから離れ上方に移動するので、ブレーキＡ及びブレーキＢは、再び連結を解かれ、ポンプが直ちに回転する。

本発明の保護装置は、例えば、耐水性、耐久性を考慮して金属製、ステンレス製が好ましく用いられ、さらに靭性及び強度を適切に高める観点から熱処理を行うことが好ましい。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、かかる特定の実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の改良・変更が可能である。

本発明によれば、深井戸用水中モータポンプのモータの停止時に、本発明による保護装置が作動するため、モータ軸及びポンプの羽根車を、逆回転による破壊から保護することができ、モータポンプの寿命を格段に延長させることができ、修理時においても部品交換が容易である。

１ 保護装置外枠
２ 保護装置ブレーキＡ
３ 保護装置ブレーキＢ
４ 保護装置接続シャフト
５ ポンプ部
６ モータ部
７ ポンプ部及びモータ部の接続部分
８ 保護装置
９ ブレーキＢ固定用溝
１０ ポンプ部回転軸連結用溝
１１ モータ部回転軸連結用溝
１２ 固定部
１３ 板フランジ

Claims (2)

1. 水中ポンプの回転軸に接続して、前記水中ポンプを駆動する水中モータを有する温泉の湯水汲み上げ用の深井戸用水中モータポンプの、
   前記水中モータと前記水中ポンプの間に前記水中モータと前記水中ポンプを連結するように配される、ブレーキＡ、ブレーキＢ及び接続シャフトからなり、
   該ブレーキＡは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＢと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
   該ブレーキＢは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＡと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
   該切り込み構造は、互いに嵌合するように軸部を中心に放射状に有しかつ隣接する切り込み部分にむかって斜め方向への切り込みを有するものであり、
   該ブレーキＡ及び該ブレーキＢのそれぞれの中心を貫通した該接続シャフトが、該水中モータポンプのポンプ部及びモータ部を連結するように配置され、
   １）該水中モータポンプの運転時に、該接続シャフトを貫通させて配された該ブレーキＡ及び該ブレーキＢとが互いに連結しない様に間隔を空けて配されるようにし、
   ２）該水中モータポンプの運転停止時に、該ブレーキＢが垂直に下降し該ブレーキＡに嵌合し連結固定されることにより、該水中ポンプの羽根車が逆回転しない様に固定され、該水中ポンプの逆回転を防止し、これにより揚湯管内の湯水を水中モータポンプのガス抜き用チャキ穴から井戸の水位まで逆流させる
   ことを特徴とする、深井戸用水中モータポンプの保護装置。
2. 水中ポンプの回転軸に接続して、前記水中ポンプを駆動する水中モータを有する温泉の湯水汲み上げ用の深井戸用水中モータポンプにおいて、
   該水中モータと該水中ポンプの間に、保護装置を備え、
   該保護装置は、前記水中モータと前記水中ポンプの間に前記水中モータと前記水中ポンプを連結するように配される、ブレーキＡ、ブレーキＢ及び接続シャフトからなり、
   該ブレーキＡは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＢと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
   該ブレーキＢは、逆回転を防ぐための、該ブレーキＡと互いに嵌合するための切り込み構造を有し、
   該切り込み構造は、互いに嵌合するように軸部を中心に放射状に有しかつ隣接する切り込み部分にむかって斜め方向への切り込みを有するものであり、
   該ブレーキＡ及び該ブレーキＢのそれぞれの中心を貫通した該接続シャフトが、該水中モータポンプのポンプ部及びモータ部を連結するように配置され、
   １）該水中モータポンプの運転時に、該接続シャフトを貫通させて配された該ブレーキＡ及び該ブレーキＢとが互いに連結しない様に間隔を空けて配されるようにし、
   ２）該水中モータポンプの運転停止時に、該ブレーキＢが垂直に下降し該ブレーキＡに嵌合し連結固定されることにより、該水中ポンプの羽根車が逆回転しない様に固定され、該水中ポンプの逆回転を防止し、これにより揚湯管内の湯水を水中モータポンプのガス抜き用チャキ穴から井戸の水位まで逆流させる
   ことを特徴とする保護装置である、
   深井戸用水中モータポンプ。
   

Images