JP6389148B2 - ポンプ - Google Patents

Description

この発明は、冷温水循環等に用いることができるポンプに関する。

従来、ポンプ軸がカップリング（軸継手）を介してモータ軸に連結され、ポンプ軸の周りに設けられたシールカバー（シール押え板）とポンプ軸との間に跨がってメカニカルシールが設けられた、ポンプが知られている（例えば、特許文献１）。
メカニカルシールは、長期間にわたるポンプの運転によって、その固定環と回転環とが互いに摺動する部分等での摩耗が徐々に進むため、ポンプのメンテナンス時に交換されることがある。特許文献１のポンプにおいて、メカニカルシールを交換する際には、まず、カップリング及びモータを取り外し、シールカバー及びメカニカルシールをポンプ軸から抜き取る、としている。

特開２００５−１２０８６２号公報

しかしながら、上述のようなポンプの構成では、例えばポンプの重量が数百ｋｇあるいはそれを超える場合、メンテナンスを行う作業員がモータを取り外すのは困難あるいは不可能であり、メカニカルシールの交換作業が煩雑となるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためにされたものであり、メカニカルシールの交換を簡単に行える、ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の要旨構成は、次の通りである。

本発明のポンプは、
流路を形成するとともに、上部が開放された、ケーシングと、
前記ケーシングより上側に配置されたモータと、
前記ケーシングと前記モータとの間に設けられ、前記ケーシングに対する前記モータの高さを保持する、フレームと、
前記フレームと一体又は別体に構成され、上下に貫通する穴部を有し、前記ケーシングの前記開放された上部を覆うように設けられた、環状カバー部と、
前記ケーシング内に収容された羽根車と、
前記環状カバー部の前記穴部よりも小径の貫通孔を有し、前記穴部を上から覆うように前記環状カバー部に取り外し可能に固定された、シールカバーと、
前記シールカバーの前記貫通孔を通り、下端部が前記羽根車の上部に取り外し可能に固定され、上端部が前記シールカバーを通すことができる隙間を空けて前記モータのモータ軸の下端部と対向する、ポンプ軸と、
前記モータ軸の前記下端部と前記ポンプ軸の前記上端部とを連結する、カップリングと、
前記シールカバーに対する下側で、前記シールカバーの前記貫通孔を区画する内周面と前記ポンプ軸との間の隙間をシールする、メカニカルシールと、
を備えたことを特徴とする。
本発明のポンプによれば、メカニカルシールの交換を簡単に行うことができる。

本発明のポンプにおいて、
前記ポンプ軸の前記下端部には、該ポンプ軸の外周側に向けて延在するフランジ部が設けられ、
前記フランジ部が、前記羽根車の上部に、上から締結部材により締結されており、
前記環状カバー部の前記穴部は、前記フランジ部を通すことができるように形成されていると、好適である。
これによれば、ポンプ軸の取り外し及び取り付け作業が簡単となり、メカニカルシールの交換をより簡単に行うことができる。

本発明のポンプにおいて、
前記モータ軸の前記下端部と前記ポンプ軸の前記上端部との間の前記隙間の間隔Ｌが、２０〜３０ｍｍであると、好適である。
これによれば、ポンプの大型化を抑制できる。

本発明によれば、メカニカルシールの交換を簡単に行える、ポンプを提供することができる。

本発明の一実施形態のポンプを示す側面図である。 図１のポンプを示す、回転軸線を含むＡ−Ａ線に沿う、一部縦断面図である。 図２のポンプからピン及びカップリングを取り外した状態を示す、一部縦断面図である。 図３のポンプからシールカバーを取り外した状態を示す、一部縦断面図である。 図４のポンプからポンプ軸を取り外した状態を示す、一部縦断面図である。 本発明の一実施形態のポンプの変形例を示す、一部縦断面図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳細に例示説明する。

本発明の一実施形態のポンプを、図１〜図５を参照して説明する。図１は、本実施形態のポンプ１を示す側面図であり、図２は、本実施形態のポンプ１の要部を示す、ポンプ１の回転軸線Ｃ１を含む図１のＡ−Ａ線に沿う、縦断面図である。
本実施形態のポンプ１は、流路２３を形成するケーシング２０と、ケーシング２０より上側に配置されたモータ１０と、ケーシング２０とモータ１０との間に設けられたフレーム３０と、を備えた、立形ポンプとして構成されており、例えば冷温水循環用、上水道加圧用、各種機械セット用、工業用水加圧用、一般給水用等に、好適に使用できるものである。
ポンプ１の回転軸線Ｃ１は、モータ１０の下端部に位置するモータ軸１１（モータ１０の出力軸）の中心軸線と同じである。

本実施形態のポンプ１は、ケーシング２０、モータ１０、及びフレーム３０に加えて、環状カバー部１００と、羽根車４０と、シールカバー５０と、ポンプ軸６０と、カップリング７０と、メカニカルシール８０と、を備えている。

ケーシング２０は、ケーシング２０が形成する流路２３の両端に、吸込口２０ａ及び吐出口２０ｂを有している。ポンプ１の運転時に、モータ１０の回転によって羽根車４０が回転されると、吸込口２０ａから流路２３内へ吸い込まれた流体（本例では、水）が、羽根車４０によって昇圧され、羽根車４０から出た後は渦巻き状の流路２３を通ってから、吐出口２０ｂから出る。本例のポンプ１は、インライン形のポンプとして構成されており、具体的には、吸込口２０ａの中心軸線Ｃ２と吐出口２０ｂの中心軸線Ｃ３とが一致しており、吸込口２０ａと吐出口２０ｂとが該中心軸線Ｃ２、Ｃ３に沿う方向において互いに反対側を向いている。これにより、ポンプ１を、まっすぐな管路の一部に簡単に取り付けることができる。
ただし、本例のポンプ１は、インライン形に構成される必要はない。すなわち、吸込口２０ａの中心軸線Ｃ２と吐出口２０ｂの中心軸線Ｃ３とは一致していなくてもよく、また、吸込口２０ａと吐出口ｂとはそれぞれ任意の方向へ向いていてもよい。

ケーシング２０は、内部（ひいては流路２３内）に羽根車４０を収容し、羽根車４０に対応する上側の部分が開放されている。ケーシング２０の該開放された上部を通じて、ケーシング２０内の流路２３が、ケーシング２０の外部（より具体的には、フレーム３０の内部）と連通される。ケーシング２０の、羽根車４０に対応する上部が開放されていることにより、ポンプ１の組み立て時において、羽根車４０を、ケーシング２０の開放された上部から、ケーシング２０の内部に挿入可能にされている。
ケーシング２０の上記開放された上部には、環状カバー部１００が、上から覆うように設けられている。環状カバー部１００は、回転軸線Ｃ１に沿って上下に貫通する穴部１００ａを有しており、ひいては、回転軸線Ｃ１の周りに環状に構成されている。後述するように、本例では、環状カバー部１００は、フレーム３０の下部においてフレーム３０と一体に構成されており、環状カバー部１００及びフレーム３０が一体的に中間フレーム部材９０を構成している。
本例では、羽根車４０が、ケーシング２０の内面及び環状カバー部１００の下端部のそれぞれと、Ｏリング２４を介して接触している。

モータ１０は、フレーム３０によって、ケーシング２０に対して所定の高さの位置に保持されている。フレーム３０は、本例では略逆コップ状に構成されており、より具体的には、環状カバー部１００の上端部に連結された筒状の周壁部３１と、周壁部３１の上端部に連結された上壁部３２とを、有している。フレーム３０の上壁部３２には、その上に載せられたモータ１０が取り付けられているとともに、モータ１０の出力軸であるモータ軸１１が上下に貫通している。モータ軸１１の中心軸線が、ポンプ１の回転軸線Ｃ１である。

なお、ケーシング２０及びフレーム３０は、それぞれ上述した機能（ケーシング２０については流路２３を形成する機能。フレーム３０についてはケーシング２０に対するモータ１０の高さを保持する機能。）が実現されている限り、それぞれの構成は任意のものとすることができる。
例えば、本例では、環状カバー部１００と、フレーム３０とが、一体となって中間フレーム部材９０を構成しており、これにより、環状カバー部１００とフレーム３０とを別体に構成する場合に比べて、ポンプ１の部品点数の削減ひいてはコストの削減が可能となる。しかし、環状カバー部１００とフレーム３０とは、それぞれ別体に構成されてもよい。

モータ軸１１は、上述のように、フレーム３０の上壁部３２を貫通して、上壁部３２よりも下側へ延びている。フレーム３０の内部には、モータ軸１１の下端部とポンプ軸６０の上端部とが互いに上下方向に対向離間して配置されているとともに、モータ軸１１の下端部とポンプ軸６０の上端部とを連結するカップリング（軸継手）７０が配置されている。カップリング７０によって、モータ軸１１の回転がポンプ軸６０に伝達される。ポンプ軸６０の中心軸線は、モータ軸１１の中心軸線（回転軸線Ｃ１）と一致する。本例において、カップリング７０とポンプ軸６０の上端部とには、ピン７１が水平に差し込まれている。本例では、ピン７１は、平行ピンである。

フレーム３０の周壁部３１は、その一部が開放されてなる窓３０ａを有している。窓３０ａは、カップリング７０、シールカバー５０、及びポンプ軸６０を通すことができるように、形成されている。

シールカバー５０は、板状（本例では円板状）に形成されており、環状カバー部１００の穴部１００ａよりも小径の、回転軸線Ｃ１に沿う貫通孔５０ａを有し、環状カバー部１００の穴部１００ａを上から覆うように、環状カバー部１００に、締結部材５２によって取り外し可能に固定されている。なお、図２では、図上左側の締結部材５２は省略して記載されている。締結部材５２は、本例ではボルトである。

本例において、シールカバー５０には、フレーム３０の内部とケーシング２０の内部（ひいては流路２３）とを接続する空気孔５０ｂが形成されており、その空気孔５０ｂには、空気抜き用バルブ５１が取り付けられている。空気抜き用バルブ５１は、ポンプ１の運転開始の際に、ポンプ１の流路２３内の空気を抜くために使用される。より具体的に、空気抜き用バルブ５１は、ポンプ１の運転開始の際に、作業員によって開放され、その間、ポンプ１の流路２３内には水が供給される。そして、空気抜き用バルブ５１から水が出ることが確認できると、流路２３から空気が完全に抜けたことになる。

ポンプ軸６０は、シールカバー５０の貫通孔５０ａを通っている。ケーシング２０内部に位置するポンプ軸６０の下端部は、羽根車４０の上部に取り外し可能に固定されている。より具体的に、本例では、ポンプ軸６０は、全長にわたって略同径の本体部６１と、本体部６１の下側に位置するポンプ軸６０の下端部から、ポンプ軸６０の外周側に向けて延在する、フランジ部６２とを、有しており、フランジ部６２が、羽根車４０の上部に、上から締結部材６３により締結されている。これにより、ポンプ軸６０の、羽根車４０からの取り外し作業や羽根車４０への取り付け作業が簡単となり、ひいては、メカニカルシール８０の交換作業が簡単となる。なお、図２では、図上左側の締結部材６３は省略して記載されている。締結部材６３は、本例ではボルトである。

なお、本例では、ポンプ１が羽根車４０を１つのみ有する単段形のポンプとして構成されているが、ポンプ１は複数の羽根車４０を上下段に重ねてなる多段形のポンプとして構成されてもよい。ポンプ１が多段形のポンプとして構成される場合、ポンプ軸６０の下端部（より具体的に、本例ではフランジ部６２）は、最上位の羽根車４０の上部に固定される。

環状カバー部１００の穴部１００ａは、ポンプ軸６０のフランジ部６２を通すことができるように形成されている。より具体的に、本例では、環状カバー部１００の穴部１００ａとポンプ軸６０のフランジ部６２とがそれぞれ円形の平面形状を有しており、環状カバー部１００の穴部１００ａの内径が、ポンプ軸６０のフランジ部６２の外径と同等以上にされている。
シールカバー５０の貫通孔５０ａの内径は、ポンプ軸６０のフランジ部６２の外径よりも小さく、かつ、ポンプ軸６０の本体部６１の外径よりも若干大きくされている。

ポンプ軸６０の上端部は、シールカバー５０を通すことができる隙間を空けて、モータ１０のモータ軸１１の下端部と上下方向に対向している。
なお、モータ軸１１の下端部とポンプ軸６０の上端部との間の隙間の間隔Ｌは、シールカバー５０を該隙間に通すことができるのに必要最低限の長さを約５ｍｍ以上超えないことが好ましく、例えば、２０〜３０ｍｍであると好適である。これにより、ポンプ１の高さが無駄に高くなること、ひいてはポンプ１の大型化を、抑制できる。また、モータ軸１１の上端からポンプ軸６０の下端までの距離が過度に長いと、ポンプ１の回転中に軸の振れ回りが生じるおそれがある。よって、モータ軸１１とポンプ軸６０との間の間隔Ｌをなるべく狭くすることで、ポンプ１の軸の振れ回りを抑制できる。
また、同様の観点から、シールカバー５０のうち、ポンプ軸６０とモータ軸１１との間の隙間に通すことができる部分の厚みＴの最大値を、上記間隔Ｌから差し引いた長さが、５ｍｍ以下であると、好適である。

メカニカルシール８０は、ポンプ軸６０の本体部６１の周りに設けられており、シールカバー５０に対する下側で、シールカバー５０の、貫通孔５０ａを区画する内周面とポンプ軸６０の本体部６１の外周面との間の隙間をシール（軸封）し、ケーシング２０内からの水がシールカバー５０の上側（ひいては、フレーム３０内）へ漏れるのを抑制する。メカニカルシール８０は、固定環８１と回転環８２とを有している。固定環８１は、シールカバー５０の、貫通孔５０ａを区画する内周面の下端部分に装着されており、ポンプ１の回転時に回転されない。回転環８２は、固定環８１の下側で、ポンプ軸６０の本体部６１の外周面に装着されており、ポンプ１の回転時にポンプ軸６０と共に回転する。固定環８１の下面と回転環８２の上面とは互いに接触している。ポンプ１の回転時には、回転環８２の上面が固定環８１の下面上を摺動するとともに、ポンプ軸６０の本体部６１の外周面が、固定環８１の内周面上を摺動する。

なお、メカニカルシール８０とポンプ軸６０との間に、スリーブ等の他の部材を介在させてもよいが、部品点数削減の観点から、本例のように、メカニカルシール８０とポンプ軸６０との間に他の部材を介在させないのが好ましい。
仮に、メカニカルシール８０とポンプ軸６０との間にスリーブを介在させる場合、スリーブ自体のコストアップに繋がるのに加えて、スリーブの寸法分、メカニカルシール８０が大型化する点でも、コストアップに繋がる。また、その場合、スリーブと合わせてＯリングも設ける必要があるが、Ｏリングの組み付け作業が適切でないと、水漏れの原因となったり、Ｏリングとスリーブとの間にゴミや異物が入る可能性がある。また、Ｏリングは消耗品であるため、Ｏリングの交換の必要がでてくる。

本例では、フレーム３０と環状カバー部１００とから一体的に構成される中間フレーム部材９０の下端部に、フレーム３０の内部とポンプ１の外部とを接続するドレン孔９０ａが形成されている。ドレン孔９０ａによって、メカニカルシール８０からフレーム３０内へ水が漏れ出た場合、水は、フレーム３０内部に溜まらずに、ポンプ１の外部へ排出される。

本例では、上述のように、環状カバー部１００の下端部に、羽根車４０がＯリング２４を介して接触している。そして、環状カバー部１００には、Ｏリング２４に対する上側において、羽根車４０の上側かつＯリング２４の内周側にある、メカニカルシール８０に面した流路２３と、羽根車４０の外周側かつＯリング２４の外周側にある流路２３とを連結する、細流路１００ｂが、形成されている。環状カバー部１００の細流路１００ｂによれば、ポンプ１の運転中に、メカニカルシール８０の周囲に水を供給して、メカニカルシール８０を冷却できる。
また、本例では、羽根車４０の上部に、上下に貫通する細流路４０ａが形成されている。羽根車４０の細流路４０ａによれば、羽根車４０の上下位置に生じる圧力差を軽減し、ひいては、該圧力差により生じる下向きのスラスト荷重を抑制できる。

つぎに、上述した構成からなるポンプ１において、メカニカルシール８０を交換する際の手順を、図３〜図５を参照しながら説明する。なお、作業員は、フレーム３０の窓３０ａからフレーム３０内やケーシング２０内に手や工具等を入れながら、交換作業を行う。
まず、カップリング７０を固定しているボルトを取り外し、カップリング７０をポンプ軸６０及びモータ軸１１から取り外して、フレーム３０の窓３０ａの外へ出す。その後、ピン７１をポンプ軸６０から抜いて、フレーム３０の窓３０ａの外へ出す。図３は、ポンプ１から、カップリング７０及びピン７１が取り外された状態を示している。
つぎに、シールカバー５０を環状カバー部１００に固定している締結部材５２を、上側から取り外し、図４に示すように、シールカバー５０を、ポンプ軸６０の本体部６１に沿って上側へ滑らせ、ポンプ軸６０とモータ軸１１との間の隙間から抜き取り、フレーム３０の窓３０ａの外へ出す。
つぎに、ポンプ軸６０のフランジ部６２を羽根車４０の上部に固定している締結部材６３を、上側から取り外し、図５に示すように、ポンプ軸６０を、羽根車４０から外して、フレーム３０の窓３０ａの外へ出す。
そして、シールカバー５０に装着されたメカニカルシール８０の固定環８１を新品と交換し、ポンプ軸６０に装着されたメカニカルシール８０の回転環８２を新品と交換する。
その後、上記の分解手順と逆の順番でポンプ１を組み立てることにより、交換作業が完了する。

このように、本実施形態のポンプ１によれば、メカニカルシール８０の交換時に、モータ１０を取り外す等の大掛かりな作業が不要であり、シールカバー５０やポンプ軸６０を固定する締結部材５２、６３を外す等の簡単な作業を行うのみで足りる。よって、仮にポンプ１が数百kgあるいはそれを超える重量のものであっても、メカニカルシール８０の交換を簡単に行うことができる。

なお、本実施形態のポンプ１は、上述した例に限られず、様々な変形例が可能である。
例えば、シールカバー５０及びポンプ軸６０は、それぞれ環状カバー部１００及び羽根車４０の上部に、上側から取り外し可能に固定されていればよく、そのような取り外し可能な固定方法として、上記の例のようなボルトによる締結は必須ではない。
例えば、図６に示す変形例のように、ポンプ軸６０のフランジ部６２を羽根車４０の上部に固定するための締結部材６３は、予め一端部が羽根車４０の上部に固定された植え込みボルトと、ナットとから構成されてもよい。この場合、ポンプ軸６０のフランジ部６２を羽根車４０の上部に固定する際には、植え込みボルトをポンプ軸６０のフランジ部６２に貫通させ、上側からナットを植え込みボルトの周りで締め付ける。なお、図示は省略するが、同様にして、シールカバー５０を環状カバー部１００に固定するための締結部材５２も、予め一端部が環状カバー部１００の上部に固定された植え込みボルトと、ナットとから構成されてもよい。
あるいは、例えば、ポンプ軸６０の下端部にフランジ部６２を設けずに、ポンプ軸６０の下端部の外周面にネジ（雄ネジ）を形成するとともに、羽根車４０の上部に凹部を形成し、その凹部の内周面にネジ（雌ネジ）を形成しておき、ポンプ軸６０を、羽根車４０にネジ止めすることによって取り外し可能に固定してもよい。

なお、本発明のポンプには、水以外の液体（例えば海水や油等）や気体も使用することができる。

本発明のポンプは、例えば冷温水循環用、上水道加圧用、各種機械セット用、工業用水加圧用、一般給水用等に、好適に使用できる。

１ ポンプ
１０ モータ
１１ モータ軸
２０ ケーシング
２０ａ 吸込口
２０ｂ 吐出口
２３ 流路
２４ Ｏリング
３０ フレーム
３０ａ 窓
３１ フレームの周壁部
３２ フレームの上壁部
４０ 羽根車
４０ａ 羽根車の細流路
５０ シールカバー
５０ａ 貫通孔
５０ｂ 空気孔
５１ 空気抜き用バルブ
５２、６３ 締結部材
６０ ポンプ軸
６１ ポンプ軸の本体部
６２ ポンプ軸のフランジ部
７０ カップリング
７１ ピン
８０ メカニカルシール
８１ 固定環
８２ 回転環
９０ 中間フレーム部材
９０ａ ドレン孔
１００ 環状カバー部
１００ａ 環状カバー部の穴部
１００ｂ 環状カバー部の細流路
Ｃ１ 回転軸線
Ｃ２ 吸込口の中心軸線
Ｃ３ 吐出口の中心軸線

Claims (3)

1. 流路を形成するとともに、上部が開放された、ケーシングと、
   前記ケーシングより上側に配置されたモータと、
   前記ケーシングと前記モータとの間に設けられ、前記ケーシングに対する前記モータの高さを保持する、フレームと、
   前記フレームと一体又は別体に構成され、上下に貫通する穴部を有し、前記ケーシングの前記開放された上部を覆うように設けられた、環状カバー部と、
   前記ケーシング内に収容された羽根車と、
   前記環状カバー部の前記穴部よりも小径の貫通孔を有し、前記穴部を上から覆うように前記環状カバー部に取り外し可能に固定された、シールカバーと、
   前記シールカバーの前記貫通孔を通り、下端部が前記羽根車の上部に取り外し可能に固定され、上端部が、前記シールカバーを通すことができる隙間を空けて前記モータのモータ軸の下端部と対向する、ポンプ軸と、
   前記モータ軸の前記下端部と前記ポンプ軸の前記上端部とを連結する、カップリングと、
   前記シールカバーに対する下側で、前記シールカバーの前記貫通孔を区画する内周面と前記ポンプ軸との間の隙間をシールする、メカニカルシールと、
   を備え、
   前記メカニカルシールは、
   前記シールカバーの前記貫通孔を区画する内周面の下端部分に装着された固定環と、
   前記固定環の下側で、前記ポンプ軸の外周面に装着された回転環と、
   を有し、
   前記モータ軸の前記下端部と前記ポンプ軸の前記上端部との間の前記隙間の間隔Ｌから、前記シールカバーのうち前記隙間に通すことができる部分の厚みＴの最大値を差し引いた長さが、５ｍｍ以下であることを特徴とする、ポンプ。
2. 前記ポンプ軸の前記下端部には、該ポンプ軸の外周側に向けて延在するフランジ部が設けられ、
   前記フランジ部が、前記羽根車の上部に、上から締結部材により締結されており、
   前記環状カバー部の前記穴部は、前記フランジ部を通すことができるように形成されている、請求項１に記載のポンプ。
3. 前記モータ軸の前記下端部と前記ポンプ軸の前記上端部との間の前記隙間の間隔Ｌが、２０〜３０ｍｍである、請求項１又は２に記載のポンプ。

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