JP6931903B2 - キャンドモータスラリーポンプ - Google Patents

Description

本発明は、スラリーポンプに関するものであり、より詳しくは、モータのステータとロータとがそれぞれ缶詰状にシールされて液密的に保護されているキャンドモータを備えたスラリーポンプに関するものである。

微細な固形物を含んだ流体、すなわちスラリーを輸送するスラリーポンプは、化学薬品等の製造工場、食品加工工場、汚泥処理施設等、色々な分野において利用されている。スラリーポンプには色々な種類があり、例えば、ポンプ羽根すなわちインペラを回転させる回転軸に所定の軸封装置を設けてモータ内への液体の浸入を抑制しているスラリーポンプが周知である。軸封装置は摩耗等により長時間運転すると液漏れが発生することがあり、このようなスラリーポンプでは液漏れに対する対応が必要になる。これに対して、特許文献１、２等に記載されているように、モータのステータとロータとが缶詰状にシールされて液密的に保護され、モータ内に液体を進入させて冷却させるようになっている、いわゆるキャンドモータが採用され、スラリーを輸送できるようになっているキャンドモータポンプも周知である。このようなスラリーポンプでは、ポンプケーシングとモータケーシングとを実質的に一体的に構成することができ、コンパクトに構成できると共に液漏れの懸念が小さいという利点がある。

特開平３−６４６９３号公報 実公昭５８−６３３９９号公報

キャンドモータポンプからなるスラリーポンプは、図３に示されているように構成されている。すなわちキャンドモータポンプ５０は、ポンプ部５１とモータ部５２とから構成され、ポンプケーシング５４とモータケーシング５５とが一体的に固定されている。ポンプ部５１とモータ部５２とには共通の軸つまり回転軸５６が設けられている。回転軸５６の先端にはポンプ羽根つまりインペラ５７が設けられ、回転軸５６によってインペラ５７が回転するとモータケーシング５４に形成されている吸込口５９からスラリーが吸い込まれ、吐出口６０から排出されることになる。モータ部５２は、モータケーシング５５に設けられているステータ６１と、回転軸５６に設けられているロータ６２とからなり、ステータ６１もロータ６２も、それぞれ所定の金属板によって液密的にシールされている。つまり液密的に保護されている。この回転軸５６にはポンプ部５１とモータ部５２の境界においてメカニカルシール６７が設けられている。メカニカルシール６７は、スラリーがモータ部５２内に進入するのを防止しているが、スラリーのうち固形物を除いた液体についてはモータ部５２側に若干漏れることになる。この液体がモータ部５２を冷却する冷却液になる。回転軸５６は、モータ部５２において第１、２のスリーブ６４、６５によって緩やかに軸受けされている。従って、回転軸５６と第１、２のスリーブ６４、６５の間には若干の隙間が形成され、この隙間を介して冷却液がモータ部５１内に浸入し、モータ部５２から排出されることになる。キャンドモータポンプ５０には、モータケーシング５５の前方と後方とにそれぞれ冷却液を循環させるための管路が設けられ、所定の熱交換器６９に接続されている。また、モータケーシングの後方において回転軸５６に補助羽根７０が設けられている。キャンドモータポンプ５０は、このように構成されているので、モータ部５１を駆動してインペラ５７を回転してスラリーを輸送するとき、補助羽根７０によって冷却液がモータ部５２と熱交換器６９とを循環し、モータを適切に潤滑すると共に冷却できるようになっている。

キャンドモータポンプ５０からなるスラリーポンプは、複雑な構造の軸封装置が不要であり、そして液漏れを懸念する必要がなく、さらにはポンプケーシング５４とモータケーシング５５とが一体的に形成されて比較的コンパクトになるので優れている。しかしながら、解決すべき課題も見受けられる。従来のキャンドモータポンプ５０からなるスラリーポンプでは、冷却液はメカニカルシール６７をしみ出してくる液体を利用することになるので、冷却液はモータ部５２内を滞留することになる。そうすると、冷却液が高温になって冷却作用と潤滑作用とが低下してしまう。従って、このようなキャンドモータポンプ５０では、冷却液を強制的に循環させて冷却させる必要があり、補助羽根７０と、モータケーシング５５に設けるための管路と、熱交換器６９とが必須になる。従ってポンプの構造が複雑になり製造コストが大きくなるという問題がある。またキャンドモータポンプ５０では、冷却液中に固形物が浸入しないようにするため、所定の構造のメカニカルシール６７が必要になる。メカニカルシール６７は長期間の使用によって劣化するので、メンテナンスのコストが嵩むという問題もある。

本発明は、上記したような問題点を解決したキャンドモータポンプからなるスラリーポンプを提供することを目的とし、具体的には、構造がシンプルで製造コストが小さく、摩耗する部材が少なくメンテナンスに要するコストも小さくすることができるスラリーポンプを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、キャンドモータを備えたスラリーポンプとして構成する。スラリーポンプは、キャンドモータから所定長さだけ前方に延びている回転軸と、この回転軸の先端に設けられているインペラと、その後方において回転軸に設けられているエキスペラと、インペラを収納するポンプケーシングと、エキスペラを収納するエキスペラケーシングとから構成する。ポンプケーシングはスラリーの吸入口と吐出口とが設けられ、エキスペラケーシングと連通している。エキスペラケーシングは、エキスペラの後方からキャンドモータ内に連通する２本以上の流路を設ける。なおこれら流路は、いずれも回転軸の外側においてエキスペラの外周部分より半径方向内側に位置するように形成する。

かくして請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、ステータとロータとがそれぞれ金属板により液密的にシールされたキャンドモータと、該キャンドモータから所定長さ前方に延びている回転軸と、該回転軸の先端に設けられているインペラと、前記インペラの後方において前記回転軸に設けられているエキスペラと、前記インペラを収納していると共にスラリーの吸入口と吐出口とを備えているポンプケーシングと、該ポンプケーシングと連通していると共に前記エキスペラを収納しているエキスペラケーシングとからなり、前記エキスペラケーシングには、前記エキスペラの後方から前記キャンドモータ内に連通する２本以上の流路が設けられ、該流路はいずれも前記回転軸の外側において前記エキスペラの外周部分より半径方向内側に位置するように形成されていることを特徴とするスラリーポンプとして構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスラリーポンプにおいて、前記流路は第１、２の流路からなり、前記第１の流路と前記第２の流路は回転軸に対してその形状またはその位置が非対称になっていることを特徴とするスラリーポンプとして構成される。

以上のように本発明によると、ステータとロータとがそれぞれ金属板により液密的にシールされたキャンドモータと、該キャンドモータから所定長さ前方に延びている回転軸と、該回転軸の先端に設けられているインペラと、インペラの後方において回転軸に設けられているエキスペラと、インペラを収納していると共にスラリーの吸入口と吐出口とを備えているポンプケーシングと、該ポンプケーシングと連通していると共にエキスペラを収納しているエキスペラケーシングとからなるスラリーポンプとして構成されている。従って、キャンドモータを駆動して回転軸を回転させると、インペラが回転してスラリーが吸入口から吸入されて吐出口から輸送されるようになっている。またスラリーの一部はエキスペラケーシング内に入ることになるが、エキスペラが回転することによってスラリーはポンプケーシングに戻されることになる。本発明によると、エキスペラケーシングには、エキスペラの後方からキャンドモータ内に連通する２本以上の流路が設けられ、該流路はいずれも回転軸の外側においてエキスペラの外周部分より半径方向内側に位置するように形成されている。そうすると、エキスペラケーシングに入ったスラリーの一部が流路を通ってキャンドモータ内に入る。ところでエキスペラが回転すると遠心力によって固形物がエキスペラケーシングに留まることになるので、キャンドモータ内に入るスラリーは、実質的に液体が中心になる。そうするとキャンドモータはこの液体によって適切に冷却されると共に必要な潤滑が得られることになる。冷却と潤滑を得るために、キャンドモータの外側に管路を設けたり熱交換器を設ける必要がないので、スラリーポンプの製造コストを抑制することができる。他の発明によると、流路は第１、２の流路からなり、第１の流路と第２の流路は回転軸に対してその形状またはその位置が非対称になっている。形状または位置が回転軸に対して非対称になっているので、第１の流路における液体の圧力と、第２の流路における液体の圧力の間に圧力差が生じる。そうするとキャンドモータ内には、圧力の高い方の流路から液体が流れ込み、圧力の低い方の流路から液体が流出することになり、適切に液体が循環することになる。これによってさらにキャンドモータの冷却効果が高まることになる。

キャンドモータを備えた本発明の第１の実施の形態に係るスラリーポンプを示す正面断面図である。 キャンドモータを備えた本発明の第２の実施の形態に係るスラリーポンプを示す正面断面図である。 従来のスラリーポンプを示す正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明の第１の実施の形態に係るスラリーポンプ１は、図１に示されているように、所定の構造のモータ２によって駆動されるようになっている。モータ２は、モータケーシング３に収納されているステータ４と、ロータ５とから構成されており、ステータ４もロータ５も金属板によってそれぞれ液密的にシールされて保護されている。すなわちモータ２は、いわゆるキャンドモータ２からなる。つまり本実施の形態に係るスラリーポンプ１は、キャンドモータ２によって駆動されるようになっている。

キャンドモータ２の回転軸７は、所定のスリーブ８、９によって緩やかに軸受けされているが、回転軸７はモータケーシング３を超えて前方に所定長さだけ突き出している。この突き出した回転軸７の先端において、第１の羽根車、つまりインペラ１１が固定的に設けられている。そしてインペラ１１の後方側に、第２の羽根車、つまりエキスペラ１２が回転軸７に固定的に設けられている。このようなインペラ１１、エキスペラ１２は、それぞれポンプケーシング１４、エキスペラケーシング１５によって収納されており、エキスペラケーシング１５はモータケーシング３に、ポンプケーシング１４はエキスペラケーシング１５にそれぞれボルト等によって液密的に固着されている。ポンプケーシング１４には、スラリーを吸入する吸入口１７と、スラリーを吐き出す吐出口１８とが形成されている。

インペラ１１には、その前面側に比較的大きな羽根が、そして背面側には比較的小さな羽根が設けられている。従って、回転軸７が回転するとインペラ１１の前面側においてスラリーに大きな遠心力が作用して、半径方向外方に向かって圧力が大きくなる。これによって、スラリーは吸入口１７から吸入されて吐出口１８に吐出されることになる。スラリーはインペラ１１の背面側にも入り込むが、背面側のスラリーにも所定の遠心力が作用するので緩やかに吐出口１８側に流れることになる。

ポンプケーシング１４とエキスペラケーシング１５とは、所定の隙間を介して連通している。従ってスラリーはエキスペラケーシング１５にも浸入する。ただし、ポンプケーシング１４とエキスペラケーシング１５の境界部分は、インペラ１１とエキスペラ１２の中間部分に対応して、内部壁面が縮径しているくびれ部１６が形成されている。従って、スラリーはくびれ部１６と回転軸７との狭い隙間を介してポンプケーシング１４からエキスペラケーシング１５内に浸入することになり、その浸入は比較的抑制的になる。エキスペラ１２には、その背面側に羽根が設けられているので、エキスペラ１２が回転すると、背面側近傍のスラリーに遠心力が作用する。そうするとエキスペラケーシング１５内のスラリーは、エキスペラケーシング１５の内周面に押しつけられ、そしてポンプケーシング１４側に少しずつ押し出されることになる。

本実施の形態に係るスラリーポンプ１は、エキスペラケーシング１５に、２本の流路、つまり第１、２の流路２０、２１が設けられている点に特徴がある。第１、２の流路２０、２１は、エキスペラ１２の背面側からキャンドモータ２内に連通している。本実施の形態に係るスラリーポンプ１を駆動すると、次のように動作する。キャンドモータ２を駆動して回転軸７が回転すると、前記したようにインペラ１１とエキスペラ１２が回転する。そうするとスラリーが吸入口１７から吸引されて吐出口１８から吐出されると共に、エキスペラケーシング１５内のスラリーも緩やかに前方に押し出されることになる。このときエキスペラケーシング１５内のスラリーは、エキスペラ１２の回転による遠心力の作用で、比重の大きい固形分が半径方向の外側に、比重の小さい液体分が内側にそれぞれ集まることになる。半径方向の外側に集まった固形分は比重が大きいのでエキスペラ１２の作用を受けやすく、くびれ部１６を越えてポンプケーシング１４内に緩やかに押し出されていく。一方、半径方向の内側に集まった液体分は、一部はくびれ部１６を越えてポンプケーシング１４内に流れていくが、他の一部は矢印Ｙ１で示されているように、第１の流路２０を介してキャンドモータ２内に緩やかに流入する。キャンドモータ２内に流入する液体分によって、キャンドモータ２は冷却され、潤滑される。なお、キャンドモータ２内に流入した液体分は、矢印Ｙ２で示されているように、第２の流路２１を介してエキスペラケーシング１５内に緩やかに戻る。戻った液体分は他のスラリーと共にポンプケーシング１４に押し出され、やがて吐出口１８から吐出される。なお、スラリーの液体分は必ずしも第１の流路２０からキャンドモータ２内に浸入し、第２の流路２１から排出されるとは限らない。第１、２の流路２０、２１の圧力差は実質的には差がないので、第２の流路２１から液体分が緩やかにキャンドモータ２内に浸入し、第１の流路２０から排出されることもあるからである。

本実施の第１の形態に係るスラリーポンプ１は色々な変形が可能である。図２には本実施の第２の形態に係るスラリーポンプ１’が示されているが、この実施の形態においては第１、２の流路２０、２１’は形状が相違している。つまり第２の流路２１’については、エキスペラ１２側が大きくなっている。この結果、回転軸７に対して、第１、２の流路２０、２１’はそれぞれの形状が非対称になっている。エキスペラ１２が回転すると、エキスペラケーシング１５内では半径方向に圧力差が発生するが、第１、２の流路２０、２１’の形状が相違しているので、第１、２の流路２０、２１’内の液体分には明確に圧力差が生じる。これによって液体分は矢印Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３で示されているようにキャンドモータ２内を循環することになる。液体分が速やかに循環するので冷却効果および潤滑効果が高い。

他の変形も可能である。例えば、第２の実施の形態に係るスラリーポンプ１’においては、第１、２の流路２０、２１’は、互いに形状が相違するようにして、それによってこれらの流路２０、２１’内の液体分に圧力差が生じるようにしているが、形状が同じであっても第１、２の流路２０、２１の位置を相違させれば圧力差を発生させることができる。例えば、第１の流路２０を回転軸７に近づけ、第２の流路２１を回転軸７から離れた位置に設けるようにする。つまり、第１、２の流路２０、２１について回転軸７に対して非対称の位置に設けるようにする。そうすると、これらの流路２０、２１内の液体分に圧力差が生じるので、液体分がキャンドモータ２内に効率よく循環することになる。他の変形も可能であり、エキスペラケーシング１５とキャンドモータ２内を連通する流路を３本以上設けるようにしてもよい。

１ スラリーポンプ ２ キャンドモータ
３ モータケーシング ４ ステータ
５ ロータ ７ 回転軸
１１ インペラ １２ エキスペラ
１４ ポンプケーシング １５ エキスペラケーシング
１７ 吸入口 １８ 吐出口
２０ 第１の流路 ２１ 第２の流路

Claims (2)

1. ステータとロータとがそれぞれ金属板により液密的にシールされたキャンドモータと、該キャンドモータから所定長さ前方に延びている回転軸と、該回転軸の先端に設けられているインペラと、前記インペラの後方において前記回転軸に設けられているエキスペラと、前記インペラを収納していると共にスラリーの吸入口と吐出口とを備えているポンプケーシングと、該ポンプケーシングと連通していると共に前記エキスペラを収納しているエキスペラケーシングとからなり、
   前記エキスペラケーシングには、前記エキスペラの後方から前記キャンドモータ内に連通する２本以上の流路が設けられ、該流路はいずれも前記回転軸の外側において前記エキスペラの外周部分より半径方向内側に位置するように形成されていることを特徴とするスラリーポンプ。
2. 請求項１に記載のスラリーポンプにおいて、前記流路は第１、２の流路からなり、前記第１の流路と前記第２の流路は回転軸に対してその形状またはその位置が非対称になっていることを特徴とするスラリーポンプ。

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