JPH0638435A - キャンドモータポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アキシャル軸受の摩耗を除去できるキャンド
モータポンプを提供すること。 【構成】 キャンドモータポンプにおいて、アキシャル
軸受を反羽根車側のエンドカバー３に固定された軸受リ
ティナ２と主軸に固定されたセルフバランス用のスラス
トディスク１で構成し、モータロータ４と反羽根車側の
ラジアル軸受とが形成する空間に高圧の液を導入すると
共に、モータロータ４と羽根車７側のラジアル軸受とが
形成する空間に羽根車７とケーシングカバー２０とが形
成する空間を経て羽根車を通過した液を導入し、且つ主
軸２５にモータロータ４と羽根車７側のラジアル軸受と
が形成する空間部分からスラストディスク１とエンドカ
バー３とが形成する空間に達するまでのの穴２１を設
け、スラストディスク１とエンドカバー３とが形成する
空間が低圧となるようした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はキャンドモータポンプに
関し、軸受の長寿命化を図ったキャンドモータポンプに
関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、この種のキャンドモータポンプの軸
受には、滑り軸受が使われている。この滑り軸受の材料
として、通常、回転側に金属、固定側にカーボンが使わ
れている。図３は従来のこの種のキャンドモータポンプ
の構造を示す図である。

【０００３】従来のキャンドモータポンプは図３に示す
ように、モータロータ４の両側、即ち羽根車７側及び該
羽根車７の反対側に軸受部材５及び６が配置され、該軸
受部材５及び６の端部に摺接するスラスト板１５及び１
６が主軸２５に固定されている。ポンプ等から発生する
スラストはその方向によりラジアルスラストとアキシャ
ルスラストとに分けられる。ラジアルスラストは、軸受
部材５と軸スリーブ８で構成されるラジアル軸受及び軸
受部材６と軸スリーブ９で構成されるラジアル軸受で受
ける。また、アキシャルスラストは、軸受部材５とスラ
スト板１５で構成されるアキシャル軸受及び軸受部材６
とスラスト板１６で構成されるアキシャル軸受で受け
る。なお、図３において、４’はモータステータであ
り、該モータステータ４’はモータケーシング２７とキ
ャン２８との空間に密封している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成のキャンドモータポンプにおいて、運転中には回
転側である軸スリーブ８及び９とスラスト板１５及び１
６が、固定側である軸受部材５及び６に接触し合いなが
ら回転するために、主に軸受部材５及び６が摩耗すると
いう欠点がある。

【０００５】ラジアルスラストとアキシャルスラストの
大きさは共に、ポンプの運転点に依存する。ラジアルス
ラストはポンプの運転点が変わらない限り一定である。
一方、アキシャルスラストはポンプの運転点が変わらな
くとも、それぞれの部品の面に作用する圧力の大きさに
も依存する。

【０００６】軸受の潤滑とキャンドモータの冷却を目的
として、循環させる高圧部であるポンプの吐出し口２４
から導かれた液は、オリフィス２２を含む配管１４を通
って軸受カバー１７の内部に入り、キャンドモータ内を
通り、低圧部であるポンプの吸込み部へと流れる。従っ
て、ポンプ運転中の圧力の大きさの関係は、吐出し口２
４の圧力をＰ１、軸受カバー１７内の圧力をＰ２、キャ
ンドモータ内の反羽根車側の圧力をＰ３、キャンドモー
タの羽根車側の圧力をＰ４、ポンプのバランスホール７
ａの近傍の圧力をＰ５、吸込口２３の圧力をＰ６とする
と、 Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ６ となっている。

【０００７】このときのアキシャルスラストは、止め板
１８及び止めボルト１９、スラスト板１６、モータロー
タ４、スラスト板１５にそれぞれ作用し、それらは全て
ポンプの吸込口２３の方向に作用している。従って、回
転体はポンプの吸込口２３の方向に押されるので、アキ
シャルスラストの全てを羽根車７の側の軸受部材５とス
ラスト板１５とで受けている。

【０００８】運転点が変わらないとき、吐出し口２４の
圧力Ｐ１は一定であり、且つポンプのバランスホール７
ａの近傍の圧力Ｐ５は羽根車７にバランスホール７ａを
設けているので、ほぼ吸込圧力に等しいことから、アキ
シャルスラストの大きさは、ほぼ軸受カバー１７内の圧
力Ｐ２の大きさによって決まる。運転時間の経過にとも
なって、オリフィス２２の摩耗により穴が大きくなっ
て、オリフィス２２部分の損失が減少し、圧力Ｐ２は次
第に大きくなる。長い時間の運転を考えたとき、ラジア
ルスラストはポンプの運転点が変わらない限り一定であ
る反面、アキシャルスラストは増大していく。このこと
によって、アキシャルスラストを受ける軸受５とスラス
ト板１５との面圧も更に増えてこれらの摩耗を促進させ
るという欠点がある。

【０００９】また、キャンドモータポンプ内の主に軸受
の摺動部に発生する摺動熱のために、その箇所の液温度
が本液の温度（吐出し口２４部分の液温）よりも高くな
る。軸受の潤滑とキャンドモータの冷却を目的として潤
滑している液は、軸受カバー１７内から軸受部材６の内
周面と軸スリーブ９の外周面の間を通り、モータロータ
４の外周面を経て軸受部材５の内周面と軸スリーブ８の
外周面の間に達し、更に羽根車７のバランスホール７ａ
を通って吸込口２３に達する。このとき液の温度は、軸
受部材６の内周面で少し上昇し、モータロータ４の外周
面を通過時にさらに上昇し、軸受部材５の内周面でもっ
と高くなる。

【００１０】このような状態において、特に飽和蒸気圧
力の高い液体、例えばハイドロカーボン類を扱う場合に
は、例えば水などのように飽和蒸気圧力の低い液体と比
較して、特に軸受部材５の内周面の摺動部において部分
的に蒸気の状態になりやすく、軸受の潤滑不良となって
短時間のうちに軸受の異常摩耗を誘発して運転が不能に
なったり、その蒸気が吸込部に戻るために羽根車７の入
口において、キャビテーションを起こすなどの致命的な
欠点があった。

【００１１】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記欠点のうち軸受摺動部、特にアキシャル軸受の
摺動部の摩耗を除去できるキャンドモータポンプを提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、キャンドモータポンプにおいて、アキシャル
軸受を反羽根車側のエンドカバーに固定された軸受リテ
ィナと主軸に固定されたセルフバランス用のスラストデ
ィスクで構成し、モータロータと反羽根車側のラジアル
軸受とが形成する空間に高圧の液を導入すると共に、モ
ータロータと羽根車側のラジアル軸受とが形成する空間
に該羽根車とケーシングカバーとが形成する空間を経て
前記羽根車を通過した液を導入し、且つ主軸にモータロ
ータと羽根車側のラジアル軸受とが形成する空間部分か
らスラストディスクとエンドカバーとが形成する空間に
達するまでの穴を設け、スラストディスクとエンドカバ
ーとが形成する空間が低圧となるように圧力逃がし手段
を設けたことを特徴とする。

【００１３】また、羽根車とケーシングカバーとが形成
する空間からモータロータと羽根車側のラジアル軸受と
が形成する空間に導く液は、該羽根車とケーシングカバ
ーの間に形成された絞り部を通して導かれることを特徴
とする。

【００１４】

【作用】上記のようにスラストディスクを軸受リティナ
とエンドカバーとが構成する空間に配置し、モータロー
タと反羽根車側の軸受との空間に高圧の液を導入し、且
つスラストディスクとエンドカバーとが構成する空間が
低圧となるように圧力逃がし手段を設け、更に主軸にモ
ータロータと羽根車側のラジアル軸受とが形成する空間
部分からスラストディスクとエンドカバーとが形成する
空間に達するまでの穴を設けることにより、後に詳述す
るように回転体に加わるアキシャルスラストを完全にバ
ランスさせることができ、スラストディスクと軸受リテ
ィナとの間の隙間ＳをＳ＞０とすることができるから、
スラストディスクと軸受リティナとは完全に非接触にで
きる。

【００１５】また、羽根車とケーシングカバーとが形成
する空間に導く液を該羽根車とケーシングカバーの間に
形成された絞り部を通して導くことにより、この空間の
圧力をより低圧にでき、スラストディスクで受けるべき
スラストを軽減できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明のキャンドモータポンプの構造を示
す断面図である。図１において、図３と同一符号を付し
た部分は同一又は相当部分を示す。なお、他の図面にお
いても同様とする。２は軸受リティナであり、該軸受リ
ティナ２は羽根車７の反対側のエンドカバー３に固定さ
れている。１はセルフバランス用のスラストディスクで
あり、該スラストディスク１は主軸２５に止め板１８を
介在させて止めボルト１９で締め付け固定されている。
このスラストディスク１と軸受リティナ２でアキシャル
軸受を構成する。また、主軸２５にモータロータ４と羽
根車７側の軸受部材５とが形成する空間部分からスラス
トディスク１とエンドカバー３とが形成する空間に達す
るまでの穴２１を設けている。

【００１７】上記構造のキャンドモータポンプにおい
て、高圧の液はポンプの吐出し口２４の部分から配管１
０で導入する。この液は軸受の潤滑とキャンドモータの
冷却にも使われる。ここで、各部の圧力の大小関係をみ
る。吐出し口２４の圧力Ｐ１は他のどの部分の圧力より
高い。また、エンドカバー３内の圧力Ｐｂは低圧側の配
管１１で低圧側に導かれているため、他のどの圧力より
も低い。吐出し口２４の圧力Ｐ１とキャンドモータ内の
反羽根車側の圧力Ｐ３との間にはオリフィス部ａの圧力
損失があるため、Ｐ１＞Ｐ３となる。前記圧力Ｐ３とキ
ャンドモータ内の羽根車７側の圧力Ｐ４との間には、モ
ータロータ４の箇所の圧力損失があるため、Ｐ３＞Ｐ４
となる。

【００１８】前記圧力Ｐ３とスラストディスク１と軸受
リティナ２とが形成する空間の圧力Ｐｆの間には軸スリ
ーブ９と軸受部材６及び軸スリーブ９と軸受リティナ２
との摺動部にそれぞれ圧力損失があるため、Ｐ３＞Ｐｆ
となる。圧力Ｐｆと圧力Ｐｂの間には、スラストディス
ク１と軸受リティナ２との隙間Ｓにおける圧力損失があ
るために、Ｐｆ＞Ｐｂとなる。圧力Ｐ１は羽根車７の出
口を通過した液がポンプの吐出しボリュートを通過して
充分減速され圧力が上がった箇所の圧力であるのに対
し、ケーシングカバー２０と羽根車７とが形成する空間
の圧力Ｐ５は羽根車７の出口直後の圧力であるから、圧
力Ｐ１ほど圧力が上がっていなく、圧力Ｐ１は圧力Ｐ５
より大である。

【００１９】また、ケーシングカバー２０と羽根車７と
が形成する空間から軸受部材５の内周面と軸スリーブ８
の外周面の間を液が通過するためには、Ｐ５＞Ｐ４とな
る必要があるので、穴２１の圧力損失を小さくするため
に、穴２１の断面積を大きくする。そうすることによっ
て、圧力Ｐ４は充分に小さくなり、圧力Ｐｂに近くなっ
て、Ｐ５＞Ｐ４となる。

【００２０】上述した圧力関係から、液の流れは、ポン
プの吐出し口２４の部分から配管１０を通った後、２経
路となる。第１の経路はモータロータ４の外周部を流
れ、羽根車７とケーシングカバー２０との空間から羽根
車７側の軸受部材５の内周面と軸スリーブ８の外周面と
の間を通過した液と合流し、合流後の液が主軸２５に形
成した穴２１を通り、スラストディスク１とエンドカバ
ー３との空間に導かれる経路である。第２の経路は軸受
部材６の内周部と軸スリーブ９の外周面の間を通り、軸
受リティナ２と軸スリーブ９との摺動部の隙間を通り、
スラストディスク１を経て、スラストディスク１とエン
ドカバー３の空間に導かれる経路である。

【００２１】この２経路の圧力関係は、それぞれ第１の
経路はＰ１＞Ｐ３＞Ｐ４、且つＰ１＞Ｐ５＞Ｐ４＞Ｐｂ
であり、第２の経路はＰ１＞Ｐ３＞Ｐｆ＞Ｐｂとなって
いる。この状態におけるアキシャルスラストは第１の経
路では、主にモータロータ４及び羽根車７との空間の圧
力Ｐ５とポンプの吸込み口２１の部分の圧力Ｐ６との差
圧によって羽根車７のケーシングカバー２０側に作用
し、そのアキシャルスラストの総和をＴ１とする。ま
た、第２の経路では、主にスラストディスク１と止め板
１８及び止めボルト１９に作用し、それらのアキシャル
スラストの総和をＴ２とする。スラストＴ２の大きさは
主にスラストディスク１と軸受リティナ２との摺動面ど
うしの隙間Ｓに依存する。アキシャルスラストＴ１とア
キシャルスラストＴ２は互いに全く正反対の方向に作用
する。

【００２２】Ｔ１＞Ｔ２の場合には、回転体はより吸込
口２３側へ押され、スラストディスク１と軸受リティナ
２との隙間Ｓはより小さくなり、スラストディスク１と
軸受リティナ２との摺動面の損失が増える。このため、
スラストディスク１の軸受リティナ２側の面に作用する
圧力Ｐｆは大きくなるが、その背面の圧力Ｐｂは導かれ
た先の圧力、つまり低圧であって一定であるため、アキ
シャルスラストＴ２は大きくなり、今度は回転体を吸込
口２３側とは逆方向へ押し返す。そして、Ｔ１＜Ｔ２と
なるために、隙間Ｓはより大きくなり、圧力Ｐｆは小さ
くなることになり、回転体は再び吸込口２３側に戻され
る。

【００２３】ポンプの運転点が決まれば、スラストＴ１
は一定となり、スラストＴ１にバランスするスラストＴ
２になる隙間Ｓを瞬時のうちに保ってポンプは運転され
る。運転点が変化する場合においても、それぞれのスラ
ストＴ１にバランスするスラストＴ２になる隙間Ｓが瞬
時のうちに確保される。このようにスラストＴ１の変化
に追随して、自動的にＴ１＝Ｔ２となる隙間Ｓに落ち着
く、所謂セルフバランス機構となる。

【００２４】このようなセルフバランス機構を利用し
て、キャンドモータポンプの諸寸法と圧力条件とから、
Ｔ１＝Ｔ２、即ちアキシャルスラストがバランスすると
きの隙間Ｓを予め計算し、ポンプの想定される全運転流
量範囲において、Ｓ＞０となるようにスラストディスク
１の外径を決定する。

【００２５】軸受の潤滑のための液の流れを見ると、軸
受部材５については羽根車７とケーシングカバー２０と
の空間から流れてくる液は、軸受部材５の内周面と軸ス
リーブ８の外周面の間を通り、主軸２５に形成された穴
２１を通って、スラストディスク１とエンドカバー２と
の空間に達し、そこから低圧部へ導かれる。また、モー
タロータ４と軸受部材６との空間から、軸受部材６の内
周面と軸スリーブ９の外周面の間を通り、スラストディ
スク１と軸受リティナ２の間の隙間Ｓを経由して、スラ
ストディスク１とエンドカバー３との空間に達し、そこ
から低圧部に導かれる。

【００２６】また、モータの冷却のための液の流れは、
モータロータ４の外周を通過した後、主軸２５の穴２１
を通って、スラストディスク１とエンドカバー３との空
間に達し、そこから低圧部へ導かれる。一度軸受の摺動
面やモータロータ４の外周面を通過した液は二度と他の
軸受へは流れていくことはなく外部に出て行く構造とし
たため、軸受の摺動部には常時本液が流れている。

【００２７】上記のように本実施例では、アキシャルス
ラストを完全にバランスさせ、しかもアキシャル軸受を
構成するスラストディスク１と軸受リティナ２とは非接
触であるため、軸受の寿命を飛躍的に長くする効果があ
る。また、図３に示す従来構造のキャンドモータポンプ
に比較し、スラスト板が不要となって摺動熱の発生する
摺動箇所が少なくなったことに加え、軸受の摺動部に常
時本液が流れているため、摺動熱による蒸気の発生を防
止でき、異常摩耗がなくなると同時に、摺動部を通過し
た液はポンプ吸込口２３の部分に戻らない構造としたの
で、キャビテーションを起こす危険がなくなる。

【００２８】図２は本発明のキャンドモータポンプの他
の構造を示す断面図である。図２のキャンドモータポン
プが図１のキャンドモータポンプと相違する点は、図２
においては、羽根車７とケーシングカバー２０とにそれ
ぞれ絞り部構成部７ｂ及び２０ａを設け絞り部２６を構
成している点であり、他は図１と全く同じである。図２
において、羽根車７を通過した液は、この絞り部２６
（絞り部構成部７ｂと２０ａの間）を通過するが、その
時の圧力の損失によって、ここを通過した後の圧力Ｐ５
ａは、この絞り部のない図１の該当する圧力Ｐ５より小
さくなる。そのため前記第１の経路でのアキシャルスラ
ストの総和Ｔ１がより小さくなるため、スラストディス
ク１で受けるべきスラストを軽減でき、スラストディス
ク１の外径を図１のキャンドモータポンプのそれより小
さくできる。

【００２９】なお、図１及び図２に示す構造のキャンド
モータポンプにおいては、高圧の液はいずれもポンプ吐
出し口２４の部分から導入したが、これに限定されるも
のではなく、高圧の液は外部から導入してもよいことは
当然である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記のような優れた効果が得られる。 （１）スラストディスクを軸受リティナとエンドカバー
とが構成する空間に配置し、モータロータと反羽根車側
の軸受との空間に高圧の液を導入し、且つスラストディ
スクとエンドカバーとが構成する空間が低圧となるよう
に圧力逃がし手段を設け、更に主軸２５にモータロータ
と羽根車側のラジアル軸受とが形成する空間部分からス
ラストディスクとエンドカバーとが形成する空間に達す
るまでの穴を設けることにより、回転体に加わるアキシ
ャルスラストを完全にバランスさせることができ、スラ
ストディスクと軸受リティナの間の隙間ＳをＳ＞０とで
きるから、スラストディスクと軸受リティナとは完全に
非接触にでき、アキシャル軸受の寿命が飛躍的に長くな
る。

【００３１】（２）羽根車とケーシングカバーとが形成
する空間に導く液を該羽根車とケーシングカバーの間に
形成された絞り部を通して導くことにより、この空間の
圧力をより低圧にでき、スラストディスクで受けるべき
スラストを軽減でき、スラストディスクの外径をそれよ
り小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のキャンドモータポンプの構造を示す断
面図である。

【図２】本発明のキャンドモータポンプの他の構造を示
す断面図である。

【図３】従来のこの種のキャンドモータポンプの構造を
示す図である。

【符号の説明】

１ スラストディスク ２ 軸受リティナ ３ エンドカバー ４ モータロータ ５ 軸受部材 ６ 軸受部材 ７ 羽根車 ８ 軸スリーブ ９ 軸スリーブ １０ 配管 １１ 配管 １８ 止め板 １９ 止めボルト ２０ ケーシングカバー ２１ 穴 ２３ 吸込口 ２４ 吐出し口 ２５ 主軸 ２６ 絞り部 ２７ モータケーシング ２８ キャン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータロータの羽根車側及び反羽根車側
   の両側にラジアル軸受を配置すると共に、主軸の所定位
   置にアキシャル軸受を配置した構造のキャンドモータポ
   ンプにおいて、 前記アキシャル軸受を反羽根車側のエンドカバーに固定
   された軸受リティナと前記主軸に固定されたセルフバラ
   ンス用のスラストディスクで構成し、 前記モータロータと前記反羽根車側のラジアル軸受とが
   形成する空間に高圧の液を導入すると共に、 前記モータロータと前記羽根車側のラジアル軸受とが形
   成する空間に該羽根車とケーシングカバーとが形成する
   空間を経て前記羽根車を通過した液を導入し、 且つ前記主軸に前記モータロータと前記羽根車側のラジ
   アル軸受とが形成する空間部分から前記スラストディス
   クと前記エンドカバーとが形成する空間に達するまでの
   穴を設け、 前記スラストディスクと前記エンドカバーとが形成する
   空間が低圧となるように圧力逃がし手段を設けたことを
   特徴とするキャンドモータポンプ。
2. 【請求項２】 前記羽根車と前記ケーシングカバーとが
   形成する空間から前記モータロータと前記羽根車側のラ
   ジアル軸受とが形成する空間に導く液は、該羽根車と該
   ケーシングカバーの間に形成された絞り部を通して導か
   れることを特徴とする請求項１記載のキャンドモータポ
   ンプ。