JPH0849647A - 竪型プランジャーポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 竪型プランジャーポンプと駆動用電動機を組
み合わせたポンプユニットの据付面積を大幅に縮小する
ことを主な目的とする。 【構成】 後端側に歯車室２３を一体に形成し前記歯車
室の前壁３３にクランク軸４９の後部クランク軸ベアリ
ング５３を固定したフレーム２２と、前記歯車室２３の
内部に収容した減速歯車機構とを備え、前記減速歯車機
構は相互に噛合し且つそれぞれの回転軸線を鉛直面内に
配置した大歯車２４と小歯車２５とを有しており、前記
大歯車２４は前記歯車室２３内に突出したクランク軸後
端部２７に取り付けられており、前記小歯車２５はその
芯棒の両端部が歯車室の前壁３３と後壁３４に回転自在
に支承されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種産業用プラントおよ
びその他の用途に使用される竪型プランジャーポンプ、
特に減速歯車機構を内蔵した竪型プランジャーポンプに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】竪型プランジャーポンプと駆動用電動機
を組み合わせてポンプユニットを構成する際は、図１０
ないし図１２に示すように共通台板１上にプランジャー
ポンプ２と減速歯車装置３と電動機４を一列に配置し、
更に、プランジャーポンプ２と減速歯車装置３の間およ
び減速歯車装置３と電動機４の間に低速カップリング５
および高速カップリング６を設けて各機器の駆動軸を相
互に連結している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のポンプ
ユニットによると、隣り合う機器の間にカップリング
５，６が介在するので、ポンプユニットの全長が長大に
なり、また、減速歯車装置３は図１２に示すように、大
歯車７と小歯車８の各回転軸線９，１０を水平面内に配
置しているので、ポンプユニットの幅寸法も大きくな
り、その結果、ポンプユニットの据付面積が著しく大き
くなるという問題点があった。

【０００４】本発明は前記の問題点に鑑み、竪型プラン
ジャーポンプの内部に減速歯車機構を組み込むことによ
って、ポンプユニットの据付面積を大幅に縮小すること
を主な目的とし、それ以外にもクランク軸ベアリングの
寿命を延長し得る等の構造上および運転上の利点を有す
る竪型プランジャーポンプを提供することを課題とす
る。

【０００５】前記の課題を解決するため、本発明では次
の手段を構成した。 （請求項１） クランク機構とクロスヘッドを内蔵した
フレームの上部に吸入弁と吐出弁を組み込んだ弁筺を配
置し、前記クロスヘッドに連結したサイドロッドを介し
てプランジャーを昇降駆動し、前記プランジャーの下降
行程中に前記弁筺を通して高圧水を吐出するようにした
竪型プランジャーポンプにおいて、後端側に歯車室を一
体に形成し前記歯車室の前壁にクランク軸の後部クラン
ク軸ベアリングを固定したフレームと、前記歯車室の内
部に収容した減速歯車機構とを備え、前記減速歯車機構
は相互に噛合し且つそれぞれの回転軸線を鉛直面内に配
置した大歯車と小歯車とを有しており、前記大歯車は前
記歯車室内に突出したクランク軸後端部に取り付けられ
ており、前記小歯車はその芯棒の両端部が歯車室の前壁
と後壁に回転自在に支承されていることを特徴とする竪
型プランジャーポンプ。 （請求項２） 歯車室の後壁の背面側に多数の冷却用フ
ィンが突設されている請求項１に記載の竪型プランジャ
ーポンプ。

【０００６】

【作用】

（１）減速歯車機構をプランジャーポンプの内部に組み
込んだので、減速歯車機構自体の全長が短縮されるほ
か、低速カップリングが不要になる。従って、ポンプユ
ニットの全長が従来のものに比べて大幅に短縮される。 （２）減速歯車機構を構成する大歯車と小歯車の回転軸
線を鉛直面内に配置したので、プランジャーポンプと電
動機の各回転軸線も鉛直面内に配列されることになり、
ポンプユニットの幅寸法が従来のものに比べて大幅に短
縮される。

【０００７】（３）前記（１），（２）項の結果、ポン
プユニットの据付面積が大幅に縮小する（従来の据付面
積の約半分で済む）。 （４）プランジャーが下降行程にあるとき、すなわち高
圧水を吐出している際、クランク軸より上方のフレーム
部分は、圧縮荷重を受けるが、この圧縮荷重は減速歯車
機構を構成する大歯車と小歯車が噛合した際のラジアル
方向の荷重によって相殺され、その分だけ荷重が軽減さ
れる。従って、クランク軸ベアリングの上半部に作用す
る軸受荷重が減少し、クランク軸ベアリングの寿命が延
長される。

【０００８】（５）大歯車をクランク軸の後端部に取り
付けたので、大歯車のフライホイール効果によってポン
プのトルク変動が緩和される。従って、滑らかな回転が
得られると共に、ポンプの振動および騒音が減少する。

【０００９】（６）質量の大きい大歯車をクランク軸の
後端部に取り付けたので、ポンプ運転中、大歯車のジャ
イロ効果によってポンプの縦方向の振動を軽減し、安定
した運転が得られる。

【００１０】（７）ポンプ負荷の急激なオンロード又は
アンロードに対しても大歯車のフライホイール効果によ
り、駆動用電動機に作用するショックロードを緩和する
ことができる。

【００１１】（８）請求項２によると、電動機の冷却風
を利用して歯車室を空気冷却するので、従来の液冷方式
に比べて関連機器の保守が容易になるほか、エネルギー
の節約を図ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１ないし図６は本発明の１実施例である３連竪
型プランジャーポンプ２１を示すもので、クランク機構
とクロスヘッドを内蔵したフレーム２２の後端側に歯車
室２３が設けられている。

【００１３】歯車室２３は前後方向に偏平で、フレーム
２２と一体に形成されており、この歯車室２３の内部に
大歯車２４と小歯車２５からなる減速歯車機構が収容さ
れている。大歯車２４は歯車室２３の内部に突出したク
ランク軸後端部２７に嵌合によって取り付けられてお
り、この大歯車２４の最上部に小歯車２５が噛合してい
る。小歯車２５の回転軸線２８は図３に示すように、大
歯車２４の回転軸線２９と同一鉛直面内にくるように前
後部の軸受３０，３１を介して水平に支持されており、
前記軸受３０，３１は歯車室の前壁３３および後壁３４
にそれぞれ固定されている。

【００１４】小歯車２５の芯棒３５は歯車室の後壁３４
を貫通して後方に延びており、この芯棒３５の先端部は
図７ないし図８に示すように、高速カップリング３６を
介して電動機３７の出力軸に連結されており、この電動
機３７はプランジャーポンプ２１と共に共通台板３９上
に配置されている。

【００１５】尚、歯車室の後壁３４の背面側には、図３
に示すように多数の冷却用フィン４０が歯車室の後壁３
４と一体に突設されており、電動機３７の冷却用ファン
４２（図７参照）が発生した冷却風６５が電動機３７の
内部を冷却したのち、矢印に示すように冷却用フィン４
０につき当たり、このフィン４０を介して歯車室２３を
冷却するようになっている。

【００１６】この３連竪型プランジャーポンプは、フレ
ームの後端側に前記の減速歯車機構を組み込んだ以外
は、従来のものと構造上の相違はないが、主要部の構造
について簡単に説明する。プランジャーポンプの主要部
は、クランク機構４３および３個のクロスヘッド４４，
４４，４４を内蔵したフレーム２２と、このフレーム２
２の上部に固定した３個の弁筺４５，４５，４５と、各
クロスヘッド４４に連結した２本１組のサイドロッド４
６，４６と、このサイドロッド４６，４６を介して昇降
駆動される３本のプランジャー４７，４７，４７等によ
って構成されており、各サイドロッド４６，４６，４６
…は弁筺４５に設けた貫通孔（図示せず）を通って上方
に延びている。

【００１７】クランク機構４３は丸棒から切削によって
３個のピン４８，４８，４８を形成したクランク軸４９
と、各ピン４８を対応するクロスヘッドピン５０に連結
する３本の連接棒５１，５１，５１等によって構成され
ており、クランク軸４９の両端部を支持する前後部のク
ランク軸ベアリング５２，５３はそれぞれフレームの前
壁５４と歯車室の前壁３３に固定されている。

【００１８】尚、クランク軸のピン４８，４８，４８の
中心は図４に示すように、クランク軸の回転軸線５５を
中心として円周方向に１２０度の間隔をおいて等間隔で
配置されている。従って、ポンプを構成する可動部の往
復質量および回転質量に基因する不平衡慣性力は垂直方
向および水平方向共にゼロであり、不平衡慣性偶力Ｍが
主として垂直方向に発生する（この実施例における不平
衡慣性偶力Ｍの垂直方向の成分は３１７キログラムメー
トルであり、水平方向の成分は７３キログラムメートル
である）。

【００１９】歯車室の前壁３３は、従来のフレームの後
壁に相当するが、本発明では後部クランク軸ベアリング
５３と小歯車の前部軸受３０を支持しており、この軸受
５３，３０を介して各歯車２４，２５に作用する推力
Ｔ，Ｔ（図６参照）を受け止める構造になっているの
で、従来のものに比べて強固に構成されている。

【００２０】各弁筺４５は、中空部を有する直方体状の
ブロック５６と、この中空部の両端を密閉する蓋５７，
５７と、前記中空部の内部に設けた吸入弁５８および吐
出弁５９等によって構成されており、プランジャー４７
が上昇行程にあるとき、共通の吸入流路６０から各吸入
弁５８を通って弁室６２内に吸水し、プランジャー４７
が下降行程にあるときに、弁室６２から各吐出弁５９を
通って共通の吐出流路６３に高圧水を吐出するようにな
っている。

【００２１】次に、この実施例のポンプの作動について
説明する。ポンプ運転中、プランジャー４７が下降行程
にあって、高圧水を吐出しているとき、クランク軸４９
より上のフレーム部分は図６に示すように圧縮荷重Ａを
受ける。これは弁室６２内に発生した高圧水が弁筺４５
を下方に押圧すると共に、クランク軸４９が前、後部ク
ランク軸ベアリング５２，５３の上半部を介してフレー
ム２２を上方に押圧するからである。

【００２２】一方、減速歯車機構を構成する大歯車２４
と小歯車２５が噛合すると、図５に示すように歯の接触
点６４に作用する接触圧力Ｂの接線方向の成分Ｃは動力
伝達荷重となって大歯車２４を駆動し、また、半径方向
の成分Ｄはラジアル荷重となって大歯車２４を下方に押
圧し、クランク軸４９を下方に押し下げると共にＤの反
力Ｄ′は小歯車の軸受３０，３１を介してフレーム２２
を上方に押圧する。従って、後部クランク軸ベアリング
５３の上半部に作用する軸受荷重が減少し、その結果、
後部クランク軸ベアリング５３の寿命が延長される。

【００２３】実験の結果によると、減速歯車機構を内蔵
しない従来のプランジャーポンプにおけるフレームの圧
縮荷重は後部クランク軸ベアリング５３の近傍で約６０
５０キログラムであったが、この実施例によると圧縮荷
重は約５２７０キログラムに低下しており、著しい改善
が認められた。

【００２４】ポンプ運転中、大歯車２４はフライホイー
ルの作用を果たすのでトルク変動が減少し、その結果、
速度変動率が向上する。

【００２５】実験の結果によると、減速歯車機構を内蔵
しない従来のプランジャーポンプにおける１回転中の速
度変動率は約２０分の１であったが、この実施例による
と速度変動率は約８０分の１となっており、著しい改善
が認められた。

【００２６】ポンプ運転中、プランジャーポンプは先に
段落番号００１８で述べたように、可動部が発生する不
平衡慣性偶力Ｍ（図６参照）によってほぼ鉛直に近い平
面内で曲げ変形を繰り返しており、ポンプ全体がほぼ垂
直方向に振動している。

【００２７】しかし、前記の振動は大歯車２４のジャイ
ロ効果によって軽減される。すなわち大歯車２４は前記
偶力Ｍがひきおこす曲げ変形に追従して図６に示すよう
に後部クランク軸ベアリング５３を支点としてほぼ垂直
方向に揺動している。いま、大歯車２４が上方から下方
に揺動する際の或る時点における大歯車２４の角運動量
ベクトルをＬ、前記の時点から微小時間△ｔ経過したの
ちの大歯車２４の角運動量ベクトルをＬ′とすると、周
知のように式（１），（２）で示されるジャイロモーメ
ントＮ（Ｎはベクトル）が大歯車に作用する。

【００２８】 △Ｌ＝Ｌ′−Ｌ 式（２） そして、このジャイロモーメントＮは△Ｌと反対の方向
を向いており、大歯車２４がほぼ水平に近い平面内を揺
動するように大歯車２４の姿勢を変化させる。

【００２９】また大歯車２４が下方から上方に揺動する
際は、前記Ｎと等大で反対方向のジャイロモーメント
Ｎ′（図示せず）が発生し、このジャイロモーメント
Ｎ′はＮと同様に大歯車２４がほぼ水平に近い平面内を
反対方向に揺動するように大歯車２４の姿勢を変化させ
る。

【００３０】前記大歯車２４の姿勢の変化は大歯車のほ
ぼ垂直方向の揺動運動の一部がほぼ水平方向の揺動運動
に変換されることを意味しており、この現象のため、プ
ランジャーポンプの振動が弱められる。

【００３１】実験の結果によると、減速歯車機構を有し
ない従来のポンプの縦振動の振幅は約３０ミクロンであ
ったが、この実施例によると、振幅は約１３ミクロンと
なっており、著しい改善が認められた。

【００３２】ポンプ運転中、電動機３７の内部を冷却し
たのち、電動機３７の前面から吹き出した冷却風６５
は、図７に示すように歯車室２３の背面側に突き当た
り、冷却用フィン４０を介して歯車室の後壁３４を効果
的に空気冷却する。従って、歯車室２３の内部に充満し
ている潤滑油のミストおよび飛沫は歯車室の後壁３４に
接触して冷却される。従来の水冷方式の代わりに空冷方
式を採用するので、保守が容易になり、省エネルギーを
図ることができる。

【００３３】尚、本発明は前記の実施例にのみ限定され
るものではなく、例えば３連プランジャーポンプの代わ
りに、２連又は４連以上のプランジャーポンプに減速歯
車機構を内蔵させるようにしてもよいこと等、その他本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得る
ことは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は次の優れ
た効果を発揮する。 （１）減速歯車機構をプランジャーポンプの内部に組み
込み、更に減速歯車機構を構成する大歯車と小歯車の回
転軸線を鉛直面内に配置したので、ポンプユニットの据
付面積を大幅に縮少することができる。 （２）大歯車と小歯車が噛合した際のラジアル方向の荷
重が、フレームに作用する圧縮荷重を軽減するので、後
部クランク軸ベアリングの寿命を延長することができ
る。

【００３５】大歯車をクランク軸の後端部に取り付けた
ので、大歯車のフライホイール効果によってポンプのト
ルク変動が緩和される。従って滑らかな回転が得られる
と共に、ポンプの振動および騒音が減少する。

【００３６】質量の大きい大歯車をクランク軸の後端部
に取り付けたので、ポンプ運転中、大歯車のジャイロ効
果によってポンプの振動が軽減し、安定した運転を行う
ことができる。

【００３７】ポンプ負荷の急激なオンロード又はアンロ
ードに対しても大歯車のフライホイール効果により電動
機に作用するショックロードを緩和することができる。

【００３８】請求項２によると、電動機の冷却風を利用
して歯車室を空気冷却するので、従来の液冷方式に比べ
て関連機器の保守が容易になり、エネルギーを節約する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である３連竪型プランジャーポ
ンプの一部切断側面図である。

【図２】図１に示すプランジャーポンプの切断正面図で
ある。

【図３】図１におけるIII − III方向からの矢視図であ
る。

【図４】図１に示すプランジャーポンプのクランク配置
の説明図である。

【図５】歯車機構におけるラジアル荷重の説明図であ
る。

【図６】図１に示すプランジャーポンプの作用を説明す
る図である。

【図７】図１に示すプランジャーポンプと駆動用電動機
を組み合わせたポンプユニットの側面図である。

【図８】図７におけるＶIII−ＶIII方向からの矢視図で
ある。

【図９】図７におけるIＸ−IＸ方向からの矢視図であ
る。

【図１０】従来のポンプユニットの側面図である。

【図１１】図１０におけるＸI−ＸI方向からの矢視図で
ある。

【図１２】図１０におけるＸII−ＸII方向からの矢視図
である。

【符号の説明】

２２ フレーム ２３ 歯車室 ２４ 大歯車 ２５ 小歯車 ２７ クランク軸後端部 ３３ 歯車室の前壁 ３４ 歯車室の後壁 ４０ 冷却用フィン ４３ クランク機構 ４４ クロスヘッド ４５ 弁筺 ４６ サイドロッド ４７ プランジャー ４９ クランク軸 ５２ 前部クランク軸ベアリング ５３ 後部クランク軸ベアリング ５８ 吸入弁 ５９ 吐出弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク機構とクロスヘッドを内蔵した
   フレームの上部に吸入弁と吐出弁を組み込んだ弁筺を配
   置し、前記クロスヘッドに連結したサイドロッドを介し
   てプランジャーを昇降駆動し、前記プランジャーの下降
   行程中に前記弁筺を通して高圧水を吐出するようにした
   竪型プランジャーポンプにおいて、 後端側に歯車室を一体に形成し前記歯車室の前壁にクラ
   ンク軸の後部クランク軸ベアリングを固定したフレーム
   と、前記歯車室の内部に収容した減速歯車機構とを備
   え、 前記減速歯車機構は相互に噛合し且つそれぞれの回転軸
   線を鉛直面内に配置した大歯車と小歯車とを有してお
   り、 前記大歯車は前記歯車室内に突出したクランク軸後端部
   に取り付けられており、 前記小歯車はその芯棒の両端部が歯車室の前壁と後壁に
   回転自在に支承されていることを特徴とする竪型プラン
   ジャーポンプ。
2. 【請求項２】 歯車室の後壁の背面側に多数の冷却用フ
   ィンが突設されている請求項１に記載の竪型プランジャ
   ーポンプ。