JPH102296A - 立形モータポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】立形モータポンプの複数のジャーナル静圧軸受
と補助玉軸受とを装着したポンプの長期安定運転と信頼
性向上を図る。 【解決手段】ケーシング１８内に収納された複数のジャ
ーナル軸受１９Ｂによって、支承される回転軸１２に、
モータロータ９と羽根車５Ｂ及び、軸推力を軽減する軸
推力平衡装置１７を装着し、モータロータ９の上下位置
に対して、ポンプの自液である高圧吐出液の一部を導い
たジャーナル静圧軸受１９Ｂを装着し、ポンプ起動時の
軸推力平衡装置１７が機能するまでの間、発生するスラ
スト荷重、及び、ポンプ停止時のポンプ回転体自重を支
持する補助軸受として、単列深溝型玉軸受を単列又は、
複列配置し、これをモータロータ９と軸推力平衡装置１
７の間で、モータロータ９の下部のジャーナル静圧軸受
１９Ｂの上部に装着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立形モータポンプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１のポンプは、一般に立形モータポン
プと呼ばれるもので、この立形モータポンプの従来例に
は、特開昭61−226593 号，特公昭63−45517号公報があ
る。

【０００３】この立形モータポンプは、モータロータ上
部のジャーナル静圧軸受の直上位置に、ポンプ起動時の
軸推力平衡装置が機能するまでの間、発生するスラスト
荷重、及び、ポンプ停止時のポンプ回転体自重を支持す
るための補助玉軸受を取付ける構成であった。

【０００４】ポンプ停止と同時に、吐出圧力低下に伴
い、軸推力平衡装置が機能しなくなり、ポンプ回転体自
重は、補助玉軸受によって、軸受ハウジングのいわゆる
固定側に支承されながら、回転慣性し、停止する。この
間ポンプ回転体は、補助玉軸受を支点に、ポンプ回転体
全長が、すりこ木モードの振れまわり回転、つまりポン
プ下端が大きく振れ廻ることになり、特に、モータロー
タ下部及び、ポンプ軸下端のジャーナル静圧軸受への軸
受荷重が大きくなり、軸受摩耗が進行する構造であっ
た。

【０００５】図２は従来例の特開昭61−226593号，特公
昭63−45517 号公報における上軸受部を示す。

【０００６】ポンプの回転軸シャフト１２外周に取付
く、軸推力平衡装置１７，スリーブ９ｃ，モータ軸９
ａ、更に、モータ軸９ａ外周に取付く補助玉軸受の軸方
向固定は、ポンプの回転軸シャフト１２最上端のねじ込
み部固定ナット９ｂにより、締付け固定される。

【０００７】この構成で、補助玉軸受がモータロータ上
部のジャーナル静圧軸受直上位置にあると、オーステナ
イト系ステンレス鋼であるポンプ軸(線膨張係数１５×1
0~⁶)，スリーブ（線膨張係数１５×１０~⁶），析出硬化
系ステンレス鋼であるモータ軸（線膨張係数９×１０
~⁶），固定ナット（線膨張係数９×１０~⁶），マルテン
サイト系ステンレス鋼である補助玉軸受（線膨張係数９
×１０~⁶）の材質の違いにより、常温下での締付け固定
状態が、ポンプ運転中の温度変化により、スリーブ９ｃ
と補助玉軸受との接触端面間に隙間を生じさせる構造で
あった。

【０００８】ポンプ組立手順として、モータロータは、
先ず補助玉軸受をモータ軸上端に取付けて、ポンプの回
転軸シャフトに上方より吊り込むが、構造上、固定側軸
受ハウジング，ジャーナル静圧軸受は、これよりも先に
組立状態にあるため、この上方よりの吊り込みが、狭隘
部での確認となり、作業が悪く、高い組立寸法精度が得
られなかった。

【０００９】ポンプ停止時、ポンプ回転体自重を補助玉
軸受で支持する場合、回転体自重は、玉軸受内輪から鋼
球を介して、玉軸受外輪で軸受ハウジング上に置かれる
ことになる。

【００１０】玉軸受リテーナ固定用リベット頭部は、内
輪，外輪端面より凸突出した構造であるものが多い。

【００１１】玉軸受の構成で、従来例、特開昭61−2265
93号，特公昭63−45517 号公報は、ポンプ起動・停止
時、又は運転中のスラスト，ラジアル荷重によって補助
玉軸受の転動面が摩耗すると、内輪〜鋼球〜外輪との間
に形成する初期隙間が拡大し、ポンプ停止時に玉軸受リ
テーナ固定用リベットがこの自重によって、垂れ下がる
状態になる。

【００１２】本来、玉軸受外輪端面で自重を受けるもの
が、リテーナ固定用リベット頭凸部の方が、軸受ハウジ
ングに接触/干渉する構造であった。

【００１３】ジャーナル静圧軸受の摺動部材として、一
般的にはＬＢＣ(鉛青銅鋳物)，ホワイトメタルの貼付け
等が考えられるが、所定の吐出圧力発生と静圧制振効果
が得られるまでの間、即ち、軸とジャーナル静圧軸受が
液膜を介して非接触状態になるまでの間は、軸の振れ廻
りによる接触荷重を受けることになる。

【００１４】前述の一般材、ＬＢＣ(鉛青銅鋳物)，ホワ
イトメタルの貼付け等の場合は、この接触荷重が小さい
場合は良いが、接触荷重が大きくなると、摺動部焼き付
き等、その摺動性能を満足することが困難になる。

【００１５】尚、ポンプ起動時、或は低速時には玉軸受
でラジアル／スラスト荷重を支え、定格回転数では静圧
すべり軸受によって、ラジアル／スラスト荷重を受ける
軸受装置の従来例として、特開平7−248020 号公報があ
る。この場合、摺動部の材質については、特に記述がな
いが、前述した如く、接触荷重が大きくなると、ジャー
ナル静圧軸受の摺動部焼き付き等、その軸受性能を満足
することが困難になる。

【００１６】ジャーナル静圧軸受の供給圧力は、軸受の
潤滑液膜剛性等、軸受性能に大きく影響を与えるもの
で、供給圧力の適正な確保，設計値通りの圧力を供給す
ることが重要になる。

【００１７】従来例、特開昭61−226593号，特公昭63−
45517 号公報は、ジャーナル静圧軸受への供給液の導液
流路は、ポンプ高圧吐出液部と連通させているが、その
ポンプのジャーナル静圧軸受に必要な供給圧力よりも高
圧である場合、適正な供給液圧力に減圧して給液する必
要がある。従来例は、この策が講じられていなかった。

【００１８】従来例、特開昭61−226593号，特公昭63−
45517 号公報は、羽根車で昇圧された吐出液は、その大
半が吐出口／吐出穴より送出されるが、一部の吐出液
は、軸推力平衡装置とモータロータ下部のジャーナル静
圧軸受部の軸受ハウジングとの間隙部を通り、その後の
流れとして、 （１）ポンプ吸込み側へ戻す。

【００１９】（２）モータロータ下部のジャーナル静圧
軸受部の軸受ハウジングとの間隙部を通り、その後モー
タ室内へそのまま流入。

【００２０】又、特開平7−248020 号公報では、同様に
一部の吐出液は、回転ディスクとスラスト静圧軸受の間
隙部を通り、その後の流れとして同様な構成であった。

【００２１】この方法では、ポンプ吐出液圧力とモータ
室内圧力との発生差圧分で、軸推力平衡装置とモータロ
ータ下部のジャーナル静圧軸受部の軸受ハウジングとの
間隙部を流れるが、この発生差圧が小さい場合、及び、
ジャーナル静圧軸受供給後の戻り液によるもののみで
は、ポンプ運転中に発生するモータ発生熱を、充分に冷
却することが不十分であった。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従来の立形モータポン
プは、モータロータ上部のジャーナル静圧軸受の直上位
置に、ポンプ起動時の軸推力平衡装置が機能するまでの
間、発生するスラスト荷重、及び、ポンプ停止時のポン
プ回転体自重を支持するための補助玉軸受を取付ける構
成で、補助玉軸受が、モータロータ上部のジャーナル静
圧軸受の直上位置である場合、下記の問題があった。

【００２３】ポンプ停止時、ポンプ回転体は、補助玉軸
受を支点に、ポンプ回転体全長が、すりこ木モードの振
れまわり回転、つまりポンプ下端が大きく振れ廻ること
になり、特に、モータロータ下部及び、ポンプ軸下端の
ジャーナル静圧軸受への軸受荷重が大きくなり、軸受摩
耗が進行するポテンシャルがあった。

【００２４】又、補助玉軸受がモータロータ上部のジャ
ーナル静圧軸受直上位置にあると、オーステナイト系ス
テンレス鋼であるポンプ軸（線膨張係数１５×１０
~⁶），スリーブ（線膨張係数１５×１０~⁶），析出硬化
系ステンレス鋼であるモータ軸（線膨張係数９×１０
~⁶），固定ナット（線膨張係数９×１０~⁶），マルテン
サイト系ステンレス鋼である補助玉軸受（線膨張係数９
×１０~⁶）の材質の違いにより、常温下での締付け固定
状態が、ポンプ運転中の温度変化により、スリーブ９ｃ
と補助玉軸受との接触端面間に隙間を生じさせる。

【００２５】このことは、部品間のがた付き，歪み等の
発生要因となり、ポンプ回転体のアンバランス発生，ラ
ジアル軸受荷重の増大，振動大となるなどのポテンシャ
ルがあった。

【００２６】更に、ポンプ組立手順として、モータロー
タは、先んず補助玉軸受をモータ軸上端に取付けて、ポ
ンプの回転軸シャフトに上方より吊り込むが、構造上、
固定側軸受ハウジング，ジャーナル静圧軸受は、これよ
りも先に組立状態にあるため、この上方よりの吊り込み
が、狭隘部での確認となり、作業が悪く、高い組立寸法
精度が得られなかった。

【００２７】このように、補助玉軸受が、モータロータ
上部のジャーナル静圧軸受の直上位置である場合、前述
したような問題が生じることから、モータロータ下部の
ジャーナル静圧軸受の上部に装着することで、立形モー
タポンプの長期安定運転と信頼性向上を図ることを目的
とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】ケーシング内に収納され
た、複数のジャーナル軸受によって、支承される回転軸
に、モータロータと羽根車及び、軸推力を軽減する軸推
力平衡装置を装着し、モータロータの上下位置に対し
て、ポンプの自液である高圧吐出液の一部を導いて成
る、ジャーナル静圧軸受を装着し、ポンプ起動時の軸推
力平衡装置が機能するまでの間、発生するスラスト荷
重、及び、ポンプ停止時のポンプ回転体自重を支持する
補助軸受として、単列深溝型玉軸受を単列又は、複列配
置し、これをモータロータと軸推力平衡装置の間で、且
つ、モータロータ下部のジャーナル静圧軸受の上部に装
着する。

【００２９】立形モータポンプで、モータロータ下部の
玉軸受の設置される軸受ハウジング側にざぐり凹部を設
ける。

【００３０】立形モータポンプで、ジャーナル静圧軸受
は、耐摩耗性と摺動性能の向上を図るために、その摺動
部に固体潤滑剤入りカーボン系摺動材を使用する。

【００３１】立形モータポンプで、ジャーナル静圧軸受
への供給液の導液流路をポンプ高圧吐出液部と連通させ
て、且つ、適正な供給液圧力の確保，設計値通りの圧力
を供給することを目的に、減圧オリフィスをポンプ高圧
吐出液部の近くに設置する。

【００３２】立形モータポンプで、モータロータ下部の
ジャーナル静圧軸受を、軸推力平衡装置の直上に設置す
ると共に、軸推力平衡装置とジャーナル静圧軸受の中間
位置に、モータロータの下部室と連通する導液流路を設
置する。

【００３３】

【発明の実施の形態】図３は立形モータポンプの詳細実
施例図であり、その断面図を示す。

【００３４】ポンプ５は上方位置に設けた回転駆動部５
Ａと、下方位置に設けた羽根車部５Ｂと、回転軸１２と
から成る。

【００３５】回転駆動部５Ａは、回転軸１２に結合した
モータロータ部９と、このモータロータ９に対向するモ
ータステータ部１０とから成り、モータステータ部１０
とモータロータ部９とでモータを形成し、モータロータ
部９を回転することで、回転軸１２を回転する。

【００３６】羽根車部５Ｂは、取扱液を吸い込み側から
回転軸１２の上方にかけて、回転軸１２に取付けた複数
の羽根車インペラ１３、及び固定側に取付けたステージ
１１から成る。

【００３７】更に、羽根車部５Ｂの上方には、吐出孔５
Ｐを設け、吐出通路部５Ｑに吐出液を送る。

【００３８】回転軸１２の回転駆動部５Ａよりも上方に
上軸受１６を設け、回転軸１２の羽根車５Ｂの底部６の
近くには下軸受１４を設け、更に、羽根車部５Ｂと回転
駆動部５Ａとの中継部近くに中軸受１５を設け、それぞ
れが回転軸１２を支持する。

【００３９】この他に、上軸受１６にはジャーナル静圧
軸受を設ける。

【００４０】中軸受１５の周囲及び下方には、軸推力平
衡装置１７を設ける。

【００４１】起動・停止時では、中軸受１５が回転軸１
２を支持し、一方、運転状態に入ると、軸推力平衡装置
１７の軸方向への遊動による働きで、中軸受１５による
支持が離脱し、且つ、ジャーナル静圧軸受１９Ｂによる
支持が回転軸１２になされ、中軸受１５からジャーナル
静圧軸受１９Ｂへと支持が変更となる。これによって中
軸受１５に作用する軸推力除去される。

【００４２】図４は軸推力平衡装置の近くの位置で、回
転軸１２を支持する中軸受部の補助玉軸受部の断面図を
示す。

【００４３】ポンプ起動・停止時、又は運転中のスラス
ト，ラジアル荷重によって玉軸受の転動面が摩耗する
と、内輪１５ａ〜鋼球１５ｃ〜外輪１５ｂとの間に形成
する初期隙間１５ｄが拡大する。

【００４４】この摩耗状態で、ポンプ停止時にポンプ回
転体自重を玉軸受で支持すると、玉軸受リテーナ固定用
リベット１５ｅがこの自重によって、垂れ下がる状態に
なり、リテーナ固定用リベット頭凸部１５ｆが、軸受ハ
ウジング１７Ａに接触／干渉することを防止するため
に、軸受ハウジング側にザグリ凹部１５ｇを設ける。

【００４５】図５は上軸受，中軸受，下軸受、各々に設
置する、ジャーナル静圧軸受部19Ｂの断面図を示す。

【００４６】摺動部１９ｃは、固体潤滑剤入りカーボン
系摺動材を使用し、耐摩耗性と摺動性能との向上を図
る。

【００４７】固体潤滑剤入りカーボン系摺動材とは、例
えば、カーボンを焼結した摺動材が揚げられる。この他
焼結したカーボンに樹脂又は、金属等を含浸させたもの
でも良い。これらに、２硫化モリブデンを添加しても良
い。

【００４８】固体潤滑剤とは、カ−ボン，２硫化モリブ
デン等の潤滑剤を言い、固体潤滑剤を含む摺動材は、潤
滑液膜が形成されないドライ摺動に近い摺動状態であっ
ても、摩擦係数が低く、したがって焼付きや、発熱によ
るモータ室内ガス化を防止できる。

【００４９】尚、本発明による実施例として、玉軸受の
内輪フリー／外輪固定の場合と、内輪固定／外輪フリー
の場合でも、ジャーナル静圧軸受の摺動部１９ｃは、固
体潤滑材入りカーボン系摺動材を使用することにより、
耐摩耗性と軸受性能との向上を図ることが可能である。

【００５０】図６はジャーナル静圧軸受１９Ｂへの供給
オリフィス部の断面図を示す。

【００５１】ジャーナル静圧軸受１９Ｂを外包する軸受
ハウジング１７Ａに、減圧オリフィス１７ｃを設置し、
ジャーナル静圧軸受１９Ｂに所定の適正圧力で給液可能
とする。

【００５２】尚、本方法は上軸受，中軸受，下軸受も然
る事ながら、更に複数個設置したジャーナル静圧軸受全
てに対し、適用可能である。

【００５３】減圧オリフィス１７ｃを軸受ハウジング１
７Ａ若しくは、ジャーナル静圧軸受１９Ｂ本体等の高圧
吐出液部から離れた位置に設置した場合、当然ながら高
圧吐出液部から該導液流路までの間は高圧雰囲気とな
り、この高圧吐出液が、該導液流路を流れる途中で、部
品間に形成するインロー部から漏洩するなどのポテンシ
ャルがあった。

【００５４】本発明は減圧オリフィス１７ｃを、高圧吐
出液部の近くに設置したことを特徴とする。

【００５５】図７は軸推力平衡装置１７Ｂの近くの位置
で、回転軸１２を支持する中軸受部の軸受ハウジング１
７Ａの断面図を示す。

【００５６】羽根車１３で昇圧された吐出液は、その大
半が吐出口／吐出孔５Ｐより送出されるが、一部の吐出
液は、軸推力平衡装置１７Ｂと中軸受部の軸受ハウジン
グ１７Ａとの間隙部を通る。

【００５７】軸受ハウジング１７Ａに対し、軸推力平衡
装置背面〜中軸受内側からモータ室側に連通する多孔穴
１７ｄを設けることで、一部の吐出液は、本部よりモー
タ室へ流れ込む構造とする。

【００５８】これは、いわゆる“モータ冷却液”とし
て、モータコイルエンド１０ａ近くを直接冷却すること
になり、又、ジャーナル静圧軸受１９Ｂ供給後の戻り液
と、干渉／流れの乱れを生じることなく、流れを均等化
することを可能とし、冷却効果の向上を図るものであ
る。

【００５９】尚、図４，図５，図６，図７に示す本発明
の実施の形態は、玉軸受を回転側に取付けた例を示した
が、玉軸受は固定側に取付けても良い。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、立形モータポンプの長
期安定運転と信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の立形モータポンプの断面図。

【図２】従来の立形モータポンプの上軸受部の断面図。

【図３】本発明の立形モータポンプの実施例の断面図。

【図４】ポンプ軸を支持する中軸受部の補助玉軸受部の
断面図。

【図５】ジャーナル静圧軸受部の断面図。

【図６】ジャーナル静圧軸受への供給オリフィス部の断
面図。

【図７】ポンプ軸を支持する中軸受部の軸受ハウジング
の断面図。

【符号の説明】

５…ポンプ、５Ａ…回転駆動部、５Ｂ…羽根車部、５Ｑ
…吐出通路、６…底部、８…ヘツドプレート、９…モー
タロータ、１０…モータステータ、１０ａ…モータコイ
ルエンド、１１…ステージ、１２…回転軸、１３…イン
ペラ、１４…下軸受、１５…中軸受、１６…上軸受、１
７…軸推力平衡装置、１７Ａ…軸受ハウジング、１７ｃ
…オリフィス、１８…ケーシング、１９Ｂ…ジャーナル
静圧軸受。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング内に収納された、複数のジャー
   ナル軸受によって、支承される回転軸に、モータロータ
   と羽根車及び、軸推力を軽減する軸推力平衡装置を装着
   し、上記モータロータの上下位置に対して、ポンプの自
   液である高圧吐出液の一部を導いて成る、ジャーナル静
   圧軸受を装着し、ポンプ起動時の上記軸推力平衡装置が
   機能するまでの間、発生するスラスト荷重、及び、ポン
   プ停止時のポンプ回転体自重を支持する補助軸受とし
   て、単列深溝型玉軸受を単列又は、複列配置し、これを
   上記モータロータと上記軸推力平衡装置の間で、上記モ
   ータロータの下部の上記ジャーナル静圧軸受の上部に装
   着したことを特徴とする立形モータポンプ。