JP7263199B2 - 中間ケーシングおよびこれを備える水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、中間ケーシングおよびこれを備える水中ポンプに関する。

排水処理施設等のポンプ施設では、気中運転される陸上ポンプが使用される場合が多い。しかし、近年のゲリラ豪雨、津波等によってポンプ施設内が浸水し陸上ポンプが停止することが問題になっている。

これを解消する方法として、陸上ポンプに代えて水中ポンプを使用することが考えられる。しかし、ポンプ施設内のポンプの据え付けスペースは比較的狭く、ポンプの高さも制限されることが一般的である。これに対し、水中の使用が想定される水中ポンプは、縦方向（換言すれば、鉛直方向）での使用を前提として設計されている。縦方向の設置により、水中からのポンプの引き上げ作業が容易になる。また、縦方向の設置により、水中の異物がポンプ上に堆積することを防止することもできる。しかし、縦方向に設置される水中ポンプは、上記の高さ制限を満たすことが困難である。そこで、水中ポンプを横置きにして使用する例が、例えば、特許文献１に記載されている。

ところで、水中ポンプでは、ポンプ部の加圧された取り扱い液がモータ部へ侵入することを防止するために、メカニカルシールが設けられる。メカニカルシールは、潤滑油を含むメカニカルシール室に配置される。しかし、実際には、水中ポンプの運転中、メカニカルシール室に収容される油とポンプ部の取り扱い液の混合液が、微量ではあるが、メカニカルシールを通じて、常にモータ部内に漏れている。メカニカルシールからの漏れ量を検知するため、水中ポンプには浸水検知器が設けられる。

図９に、従来の水中ポンプの具体的構成例を示す。図示の水中ポンプは、設置面Ｇに対して縦方向に設置することを前提として設計されており、ポンプ部１とモータ部２とから構成されている。ポンプ部１はポンプケーシング３とメカニカルシールカバー４と羽根車５とからなり、羽根車５は回転軸６に固定されている。メカニカルシールカバー４の上部に負荷側ブラケット７が固定されており、負荷側ブラケット７内に、メカニカルシール室８が形成されている。メカニカルシール室８内にメカニカルシール９、１０が設けられる。メカニカルシール９、１０は、メカニカルシールカバー４および負荷側ブラケット７と回転軸６との間の間隙をシールしている。

モータ部２は、モータフレーム１１と、モータフレーム１１内に固定されたステータ１２と、ステータ１２内に設置されるとともに回転軸６に固定されたロータ１３とから構成されている。負荷側ブラケット７に隣接して浸水検知器２０が設けられている。浸水検知器２０内に検知部（図示の例ではフロートスイッチ）２１が配置されている。浸水検知器２０の内部空間は、連通路２２を介して上部のメカニカルシール１０のわずかに上方の空間に連通している。

縦置きポンプでは、メカニカルシール室８内の液体（すなわち、油と取り扱い液の混合液）は、メカニカルシール１０と負荷側ブラケット７との間の空間に漏れて溜まる。漏れ量が大きくなると、液体は、モータ部２の手前で連通路２２を通って浸水検知器２０に流入し、そこに溜まる。所定量の液体が溜まると、そのことが検知部２１によって検知される。そして、作業員によってメカニカルシール９、１０の交換および液体の排出等のメンテナンスが行われる。

特許文献１に記載されるように水中ポンプを横置きで使用することによって、ポンプ施設内の高さ制限を満たすことができる。しかし、例えば図１０に示すように、水中ポンプを横置きで使用するために、単に従来の負荷側ブラケットを横向きに配置するだけでは、メカニカルシール室からの混合液は、水平方向に配置される回転軸を伝わって、モータ部に侵入することになる。図１０には、設置面Ｇに対して横置きに設置された水中ポンプのポンプ部３０のポンプケーシング３２内から負荷側ブラケット３４のメカニカルシール室３６内へのポンプの取り扱い液の流入、およびメカニカルシール室３６からモータ部４０内への液体（すなわち、油と取り扱い液の混合液）の流入が、矢印で示されている。

特開２０１８－１１５５７０号

本発明の一実施形態は、水中ポンプを、メカニカルシールからの漏洩液をモータ部に侵入させることなく横置きで運転可能にする、負荷側ブラケット等の中間ケーシングを提供することを課題とする。また、本発明の一実施形態は、従来の水中ポンプに容易に適用可能であり、当該水中ポンプを横置き運転可能にすることができる中間ケーシングを提供することを課題とする。また、本発明の一実施形態は、並列配置される複数の横置き水中ポンプに共用可能な中間ケーシングを提供することを課題とする。

本発明の一実施形態によれば、水中ポンプの回転軸を駆動するモータが配置されるモータフレームと回転軸により駆動される羽根車が配置されるポンプケーシングとの間に配置される中間ケーシングが提供される。中間ケーシングの内側表面には、回転軸のための軸受が取り付けられる軸受取付部と、回転軸をシールするメカニカルシールを保持するシール保持部と、軸受取付部とシール保持部との間で中間ケーシングの径方向内側に突出する少なくとも１つの突起部と、が形成されている。中間ケーシングは、さらに、突起部とシール保持部との間で開口し、中間ケーシングを貫通する少なくとも１つの貫通通路を有する。

本発明の一実施形態による中間ケーシングを備える水中ポンプの断面図である。 本発明の一実施形態による中間ケーシングの例を示す端面図である。 図２のＸ-Ｘ方向に沿う中間ケーシングの断面図である。 図２のＹ-Ｙ方向に沿う中間ケーシングの断面図である。 図１の部分拡大説明図である。 浸水検知器を、その取付カバーと共に示す断面図である。 浸水検知器が取り付けられた中間ケーシングの横断面図である。 並列配置される２台の水中ポンプの中間ケーシングを示す図である。 従来の水中ポンプの例を示す断面図である。 横置きされた従来の水中ポンプを説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明はあくまでも一例を示すものであって、本願発明の技術的範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。

図１に、本発明の一実施形態による中間ケーシングを備える水中ポンプの一例を示す。
図示の水中ポンプは、設置面Ｇ上に横置きに設置されることを前提として設計されている。本実施形態において、「横置き」とは、水中ポンプの回転軸が実質的に水平方向に維持される向きを意味する。以下、本実施形態の説明では、「上」「下」等の方向を示す用語は、特に断りのない限り、横置きに設置された水中ポンプの状態に関して用いられる。

水中ポンプ１００は、ポンプ部１０１とモータ部１０２とから構成されている。ポンプ部１０１はポンプケーシング１０３とメカニカルシールカバー１０４と羽根車１０５とからなり、羽根車１０５は回転軸１０６に固定されている。メカニカルシールカバー１０４に負荷側ブラケット（換言すれば、中間ケーシング）１０７が固定されている。メカニカルシール室１０８が、メカニカルシールカバー１０４と負荷側ブラケット１０７とによって形成されている。メカニカルシール室１０８内にメカニカルシール１１０が設けられる。メカニカルシール１１０は、負荷側ブラケット１０７と回転軸１０６との間の間隙をシールしている。メカニカルシール１１０は、また、メカニカルシールカバー１０４と回転軸１０６との間の間隙をシールしている。

負荷側ブラケット１０７とメカニカルシールカバー１０４は、それぞれ、羽根車１０５を駆動する回転軸１０６を通す挿通孔１１４、１１６を有している。メカニカルシールカバー１０４は、挿通孔１１６の外側に、メカニカルシール１１０を保持するシール保持部１１８を有する。また、負荷側ブラケット１０７は、挿通孔１１４の外側に、メカニカルシール１１０を保持するシール保持部１２０と、回転軸１０６を軸支する負荷側軸受１２２が取り付けられる軸受取付部１２４と、を有する。

モータ部１０２は、モータフレーム１１１と、モータフレーム１１１内に固定されたステータ１１２と、ステータ１１２内に設置されるとともに回転軸１０６に固定されたロータ１１３とから構成されている。なお、負荷側ブラケット１０７には、後述する図示されない浸水検知器２０２が取り付けられている。

水中ポンプ１００の運転中、ポンプケーシング１０３内の取り扱い液が、メカニカルシール１１０を通ってメカニカルシール室１０８に侵入する。取り扱い液は、メカニカルシール室１０８内の潤滑油に混入する。混合液は、メカニカルシール１１０を通って、メカニカルシール室１０８からシール保持部１２０の外側に漏洩する。取り扱い液および混合液の流れが、図１に矢印で示されている。

後述するように、本実施形態では、軸受取付部１２４とシール保持部１２０との間に、突起部１２６が形成されている。

図２は、負荷側ブラケット１０７の端面図であり、負荷側ブラケット１０７を図１の右側（換言すれば、ポンプケーシング１０３側）から見た図である。図３は、図２のＸ－Ｘ線に沿う負荷側ブラケット１０７の断面図であり、図４は、図２のＹ－Ｙ線に沿う負荷側ブラケット１０７の断面図である。理解の容易のため、図２～図４には、負荷側ブラケット１０７の挿通孔１１４を通る回転軸１０６（先端の小径部１０６ａおよびこれに隣接する大径部１０６ｂを含む）も示されている。

負荷側ブラケット１０７は、概ね円筒状の外形を有し、メカニカルシールカバー１０４に締結部１０９を介して固定されるように構成されている。上記したように、負荷側ブラケット１０７には、回転軸１０６が挿通される挿通孔１１４が形成され、挿通孔１１４の外側に、回転軸１０６の周囲に設けられるメカニカルシール１１０を保持するシール保持部１２０が形成される。シール保持部１２０は、回転軸１０６に面してその周方向に延びる周面部１２０ａと、周面部１２０ａに隣接し、これに交差するように配置される端面部１２０ｂとを含む。また、シール保持部１２０から離間した位置に、回転軸１０６を軸支
する負荷側軸受１２２のための軸受取付部１２４が形成されている。軸受取付部１２４とシール保持部１２０との間に、突起部１２６が形成されている。具体的には、突起部１２６は、負荷側ブラケット１０７の内表面１２８から、負荷側ブラケット１０７の径方向内側に突出している。突起部１２６の突出長さは、突起部１２６が回転軸１０６に接触しないように決められる。

図５は、突起部１２６周辺の構成を示す、図１の部分拡大図である。上記のように、突起部１２６は、軸受取付部１２４とシール保持部１２０との間で、回転軸１０６に接触しない突出長さで、負荷側ブラケット１０７の内表面１２８から径方向内側に突出する。これにより、水中ポンプ１００が運転している間、突起部１２６は、メカニカルシール１１０からの漏洩液に対する堰として作用する。漏洩液は、突起部１２６により堰き止められて、突起部１２６とシール保持部１２０との間に形成される凹部または溝１３０に溜まり、負荷側軸受１２２に到達することがない。これにより、従来の水中ポンプを横置きにした場合の漏洩液のモータ部への侵入のおそれをなくすことができる。

なお、突起部１２６の周方向の長さおよび数は特に限られない。突起部１２６は、負荷側ブラケット１０７の内表面１２８の周方向の一部にのみ設けられてもよいし、周方向全体に連続して延びる単一の環状の形態を有してもよい。また、突起部１２６が周方向の一部に設けられる場合、突起部１２６は、負荷側ブラケット１０７の直径方向の互いに対向する位置（換言すれば、図２の破線で示されるように負荷側ブラケット１０７の中心軸線Ｃ周りに実質的に１８０度ずれた位置）に形成されることが好ましい。また、漏洩液が凹部１３０に流入するように、負荷側ブラケット１０７は、少なくとも一つの突起部１２６（図２では１２６ａ）が、鉛直方向下部に位置する向きで設置される。

さらに、本実施形態では、負荷側ブラケット１０７は、壁部１３２（図２を参照）を貫通する貫通通路１３４（１３４ａ、１３４ｂ）を有している。貫通通路１３４は、負荷側ブラケット１０７の内側で、突起部１２６とシール保持部１２０との間で開口する。開口部１３６（１３６ａ、１３６ｂ）が、図３および図４に実線で示されている。また、貫通通路１３４は、負荷側ブラケット１０７の外部へと延びるように負荷側ブラケット１０７の外表面１３８で開口している。なお、後述する理由で、本実施形態では、２つの貫通通路１３４ａ、１３４ｂが、図２のような並列状態で形成されている。しかし、貫通通路１３４の数は限られず、単一の貫通通路１３４が設けられてもよい。

また、本実施形態では、負荷側ブラケット１０７の外側に浸水検知器２０２が設けられる。図６は、浸水検知器２０２を単体で示す上下方向断面図である。図７は、浸水検知器２０２が取り付けられた負荷側ブラケット１０７の横断面（換言すれば、水中ポンプ１００の回転軸１０６に交差する断面）を示す図である。図８は、互いに並列配置された２台の水中ポンプ１００の負荷側ブラケット１０７および浸水検知器２０２を示す。

浸水検知器２０２は、筐体部２０４によって画定され、検知対象の液体が貯留され、検知部２０８が配置される空間２０６を有する。既知のいかなる浸水検知器の構成も、本実施形態に使用することができる。

図７に示すように、筐体部２０４は、後面（負荷側ブラケット１０７側）が、開口部２１０を通して部分的に開放されており、開口部２１０の周囲に、浸水検知器２０２を負荷側ブラケット１０７に固定するための、図６に示す取付カバー２１２を有している。取付カバー２１２は、締結具を受け入れ可能な取付穴２１４を有する。

貫通通路１３４（１３４ａ、１３４ｂ）は、開口部２１０を通して空間２０６に連通している。鉛直方向下部の貫通通路１３４ａを通して、凹部１３０内の漏洩液が浸水検知器
２０２の空間２０６へ流入する。本実施形態では、負荷側ブラケット１０７の横断面において、鉛直方向下部の突起部１２６ａが漏洩液に対する堰として作用し、漏洩液は、下方の貫通通路１３４ａを通して、空間２０６へ流入する。上方の貫通通路１３４ｂは、漏洩液の流入に応じて空間２０６内の空気等の気体を排出する通気路として機能することができる。

浸水検知器２０２の検知水位は、鉛直方向下部の突起部１２６（図７の１２６ａ）の高さよりも下方の位置に設定することができる。これにより、漏洩液が突起部１２６を越えてモータ部１０２に侵入することを防止することができる。

上記したように、本実施形態の負荷側ブラケット１０７は、鉛直方向上下に位置決めされる突起部１２６（１２６ａ、１２６ｂ）と各突起部１２６に対応して鉛直方向上下に並列状態で位置決めされる２つの貫通通路１３４（１３４ａ、１３４ｂ）を有している。これにより、水中ポンプ１００が設置されたとき、いずれか一方の突起部１２６および貫通通路１３４の組を鉛直方向下部に配置し、他方の突起部１２６および貫通通路１３４の組を鉛直方向上部に配置することができる。ポンプ施設では、例えば２台の水中ポンプ１００を備えるユニット構造を採用する場合がある。その場合、本実施形態の負荷側ブラケット１０７は、図８に示すように左右反転させることによって、２台の水中ポンプ１００に対して左右対称の位置に設置することができる。例えば、負荷側ブラケット１０７が単一の突起部１２６および単一の貫通通路１３４（例えば、図７の１２６ａおよび１３４ａのみ）を有すると仮定する。この場合、負荷側ブラケット１０７を左右反転させると、単一の突起部１２６ａおよび単一の貫通通路１３４ａが鉛直方向上部に位置してしまうので、漏洩液を突起部１２６ａにより堰き止めて浸水検知器２０２に流すことができない。これに対し、本実施形態の構成では、図７の負荷側ブラケット１０７を、図８の右側の負荷側ブラケット１０７のように左右反転させると、右側の負荷側ブラケット１０７には、鉛直方向下部に位置する突起部１２６ｂおよび貫通通路１３４ｂが存在する。従って、漏洩液を突起部１２６ｂにより堰き止めて、浸水検知器２０２に流すことができる。また、鉛直方向上部の貫通通路１３４ａは、空間２０６に漏洩液が流入した際に空間２０６から排出される空気が通る通気路として使用することができる。このように、本実施形態の負荷側ブラケット１０７は、並列配置される複数の水中ポンプ１００で共用化することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。上記実施形態では、中間ケーシングの例として負荷側ブラケット１０７を説明したが、中間ケーシングは負荷側ブラケット１０７に限られない。中間ケーシングは、水中ポンプのモータが配置されるモータフレームと、羽根車が配置されるポンプケーシングとの間に配置されるケーシング部材であればよい。

本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

本発明は、以下の態様を含む。
１． 水中ポンプの回転軸を駆動するモータが配置されるモータフレームと回転軸により駆動される羽根車が配置されるポンプケーシングとの間に配置される中間ケーシングであって、
中間ケーシングの内側表面に、
回転軸のための軸受が取り付けられる軸受取付部と、
回転軸をシールするメカニカルシールを保持するシール保持部と、
軸受取付部とシール保持部との間で中間ケーシングの径方向内側に突出する少なくとも１つの突起部と、が形成されており、
中間ケーシングは、さらに、
突起部とシール保持部との間で開口し、中間ケーシングを貫通する少なくとも１つの貫通通路を有する、
中間ケーシング。
２． 上記１．に記載の中間ケーシングであって、
水中ポンプは、横置きに設置される横軸ポンプであり、
突起部は、水中ポンプの運転中にメカニカルシールから漏れ出た液体を、突起部とシール保持部との間の空間に受け入れ可能な位置に形成される、中間ケーシング。
３． 上記１．または２．に記載の中間ケーシングであって、
２つの突起部を有し、２つの突起部は、中間ケーシングの直径方向で互いに対向する位置に形成される、中間ケーシング。
４． 上記１．または２．に記載の中間ケーシングであって、
突起部は、中間ケーシングの周方向に連続して延びる単一の突起部である、中間ケーシング。
５． 上記３．または４．に記載の中間ケーシングであって、
２つの貫通通路を有し、中間ケーシングの横断面において、２つの貫通通路が実質的に並列状態で配置されている、中間ケーシング。
６． 上記１．～５．のいずれかに記載の中間ケーシングを備える、水中ポンプ。
７． 上記６．に記載の水中ポンプであって、
水中ポンプは、さらに、浸水検知器を備え、浸水検知器は、貫通通路が浸水検知器の液体貯留空間に連通するように中間ケーシングに対して位置決めされ、
浸水検知器の検知水位は、突起部の突出長さと関連付けて設定される、水中ポンプ。
８． 上記５．に記載の中間ケーシングを備える水中ポンプであって、
水中ポンプは、さらに、浸水検知器を備え、２つの貫通通路が共に、浸水検知器の液体貯留空間と連通し、２つの貫通通路のうち一方が液体流路として使用され、他方が通気路として使用可能である、水中ポンプ。

本発明は、水中ポンプに広く適用することができる。

Ｃ 中心軸線
Ｇ 設置面
１ ポンプ部
２ モータ部
３ ポンプケーシング
４ メカニカルシールカバー
５ 羽根車
６ 回転軸
７ 負荷側ブラケット
８ メカニカルシール室
９、１０ メカニカルシール
１１ モータフレーム
１２ ステータ
１３ ロータ
２０ 浸水検知器
２１ 検知部
２２ 連通路
１００ 水中ポンプ
１０１ ポンプ部
１０２ モータ部
１０３ ポンプケーシング
１０４ メカニカルシールカバー
１０５ 羽根車
１０６ 回転軸
１０６ａ 小径部
１０６ｂ 大径部
１０８ メカニカルシール室
１０９ 締結部
１１０ メカニカルシール
１１１ モータフレーム
１１２ ステータ
１１３ ロータ
１１４ 挿通孔
１１６ 挿通孔
１１８ シール保持部
１２０ シール保持部
１２０ａ 周面部
１２０ｂ 端面部
１２２ 負荷側軸受
１２４ 軸受取付部
１２６、１２６ａ、１２６ｂ 突起部
１２８ 内表面
１３０ 凹部
１３２ 壁部
１３４、１３４ａ、１３４ｂ 貫通通路
１３６、１３６ａ、１３６ｂ 開口部
１３８ 外表面
２０２ 浸水検知器
２０４ 筐体部
２０６ 空間
２０８ 検知部
２１０ 開口部
２１２ 取付カバー
２１４ 取付穴

Claims (7)

1. 水中ポンプの回転軸を駆動するモータが配置されるモータフレームと前記回転軸により駆動される羽根車が配置されるポンプケーシングとの間に配置される中間ケーシングであって、
   前記中間ケーシングの内側表面に、
   前記回転軸のための軸受が取り付けられる軸受取付部と、
   前記回転軸をシールするメカニカルシールを保持するシール保持部と、
   前記軸受取付部と前記シール保持部との間で前記中間ケーシングの径方向内側に突出する少なくとも１つの突起部と、が形成されており、
   前記中間ケーシングは、さらに、
   前記突起部と前記シール保持部との間で開口し、前記中間ケーシングを貫通する少なくとも１つの貫通通路を有し、
   前記水中ポンプは、横置きに設置される横軸ポンプであり、
   前記突起部は、前記水中ポンプの運転中に前記メカニカルシールから漏れ出た液体を、前記突起部と前記シール保持部との間の空間に受け入れ可能な位置に形成される、中間ケーシング。
2. 請求項１に記載の中間ケーシングであって、
   ２つの前記突起部を有し、前記２つの突起部は、前記中間ケーシングの直径方向で互いに対向する位置に形成される、中間ケーシング。
3. 請求項１に記載の中間ケーシングであって、
   前記突起部は、前記中間ケーシングの周方向に連続して延びる単一の突起部である、中間ケーシング。
4. 請求項２または３に記載の中間ケーシングであって、
   ２つの前記貫通通路を有し、前記中間ケーシングの横断面において、前記２つの貫通通
   路が実質的に並列状態で配置されている、中間ケーシング。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の中間ケーシングを備える、水中ポンプ。
6. 請求項５に記載の水中ポンプであって、
   前記水中ポンプは、さらに、浸水検知器を備え、前記浸水検知器は、前記貫通通路が前記浸水検知器の液体貯留空間に連通するように前記中間ケーシングに対して位置決めされ、
   前記浸水検知器の検知水位は、前記突起部の突出長さと関連付けて設定される、水中ポンプ。
7. 請求項４に記載の中間ケーシングを備える水中ポンプであって、
   前記水中ポンプは、さらに、浸水検知器を備え、前記２つの貫通通路が共に、前記浸水検知器の液体貯留空間と連通し、前記２つの貫通通路のうち一方が液体流路として使用され、他方が通気路として使用可能である、水中ポンプ。

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