JPS58192997A - 立形モ−タポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は立形モータポンプに係り、籍に極低温液体など
の低粘度液体を汲み上げる浸漬形電動ポンプに好ａな立
形モータポンプに関する。

一般に立形モータポンプ、例えば立形サブマージドポン
プのように、水や極低温液体の如く低粘度液体を扱う機
器の主軸受には耐食金１１４Ｍの玉軸受が使用されてい
る。

この玉軸受は、低粘ｌｊ敵体によって＠滑される構造と
なるため、油潤滑玉軸受のように高負荷長寿命を期待す
る事は困−であり種々の工夫が成されている。通常、玉
軸受は、内、外輪、玉から成るが、これらはいずれも耐
食金属で裏作され、物に低粘［液体潤滑を令嬢なくされ
る機器に対しては、保持器に高価な四沸化エチレン樹脂
をガラス繊細で強化し、かつ、自己Ｉ４滑剤ＭＯ１９，
粉を混入成形した特殊樹脂材を使用して運転時に玉と保
持器の接触によＪ）ＭＯ８１を玉に転移付着させるＩＩ
Ｉ滑技術が適用されている。しかし、この方式にのみ依
存しても玉軸受の寿命延長は−しく、このため軸受に作
用する負荷を低減し長寿命化をはかった荷重軽減装置が
採用されている。第１図にこの荷重軽減装置を用いてい
る従来の立形モータポンプの一例としてサブマージドポ
ンプの構造を示し、その概要を説明する。

該図において、１は外ケーシングで、その上部７ランジ
にはケーシングプレート１１が上置され、史にケーシン
グプレート１１に内ケーシング２を配置している。この
内ケーシング２の中に固定子鉄心と固定子巻線から成る
固定子９が固定され、該固定子９と所定間−をもって回
転子鉄心と回転子巻線から成る回転子９１を配置してモ
ータ部を形成し、このモータ部の下部にインペラ６等の
ポンプ部材を配置している。モータ部の回転子９１とポ
ンプ部材のインペラ６は回転軸３に締結され、回転軸３
と共に回転する。一方、この回転軸３は、そのモータ貴
を２個の玉軸受４Ａ、４Ｂで支持され、ポンプｌＩｌを
回転輪３の下端に配置するラジアル軸受８にて支えられ
ている。更に１モ一タ部とポンプ部の中間には、上述し
九回転ラム状のスラスト荷重軽減装置が設けられ、ポン
プ運転時に発生するボンプスラストカが玉軸受に直接負
荷する事を防止する配置が成されている。

次に上述し九構成のサブマージドポンプにおける作用を
説明する。今、固定子９が励磁されると回転子９１が回
動始動し、回転子９１　Ｋ嵌着する回転軸３、及びこの
回転軸３の下方に嵌着するインペラ６が回プ出す。イン
ペラ６の回転によってナクション肯７の液体はインペラ
羽根内に流入し、多段に構成されている（１段で４可）
インペラ６で昇圧されて矢印の如く吐出路２１に流入し
、流路２２に至υ配管（図示せず）へ移送される。この
時、回転体を支持する各軸受、の潤滑に対しては、イン
ペラ６で昇圧し九液体を利用した方式となるが、先ずモ
ータ貴の玉軸受４Ａ、４Ｂに着目すると、昇圧した液体
の一部は吐出ｗ１２１へ流入する手前のチャンバー２０
から荷重軽減装置回転赤ラム４５の隙間に流入する。こ
の時、回転ラム４５は昇圧力によって上方の押上刃が発
生し、インベラ背圧によるポンプスラスト力と打ち消し
合う作用を呈し、玉軸受４Ｂに負荷する荷重を低減させ
る効果を発揮する。そして、回転２ム４５の隙間を流出
した液体は玉軸受４Ｂ内に入９＠清をしつつ、上置の固
定子９と回転子９１０関瞳に流入して通電加熱部を冷却
し、軸上端に配置する玉軸受４Ａを潤滑してオーバフロ
管１３に果合して再びチクショア部へ旋される（この場
合、熱交換器を通シサクションへ戻すこともある）。こ
こで、運転過渡時における回転ラム４５の挙動を見ると
、停止時は回転体の自重によシ最下位置まで落下し、始
動すると昇圧した液圧によって回転ラム４５が押上げら
れ、これに嵌着する回転軸３が移動を始め、これに追従
して玉軸受４Ａ、４Ｂも移動する。

このように荷重軽減装置は、玉軸受４Ａ、４Ｂを回転軸
３の上下運動に速やかに追従させ、玉軸受の異常現象発
生（片幽シ、偏負荷による異常摩耗や焼損）を防止する
配慮が成されている。以上のように、荷重軽減装置の効
果は、玉軸受に作用するスラスト荷重低減策としてとく
に有効であり、長寿命化に対し明るい見通しを得た。し
かしながら、ポンプの大容量化に伴い１、ポンプに発生
する荷重は医薬に大きさを増してくる。ポンプスラスト
力増大に対しては荷重軽減装置の仕様変更に↓プ容晶に
対処できるが、とくに高揚機の機器の場合、インベラハ
ヮジング６１の内室円周上に水力学的なアンバランスが
生じ、これがラジアル力とじて軸受に作用する。このア
ンバランス力は、インペラハワジング６１や整流板６２
、及びインペラ羽根の製作積度に支配される要素が強く
、荷重方向も一定せず、ま九荷重軽減装置で吸収する拳
が不可能となる。し九がって、ポンブラシアルカを最も
受轄易い玉軸受４Ｂｔｆ寿命低下を招く拳になる。一般
に、玉軸受の寿命算定法としては（１）式に示されるも
のが用いられており、長寿命化を達成する丸めには（１
）式でＰを極力小さくするか、又はＣの容量アップが有
効とされる。しかし、形式寸法が決定された場合にはＣ
の容置が決まってしまい、Ｐの低減が唯一の寿命延長手
段となるが、上述の様に荷重軽減不可能な場合にはこれ
もできなく、結果的に軸受の長寿命化を図ることができ
ない。

ここで、Ｌ＝寿命時間、に＝潤滑係数、Ｃ＝基本定格荷
重、Ｐ＝使用荷重 本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るとζろは、軸受にラジアル方向の荷重が加わつ九場合
でも、その荷重に十分耐えることができ、よって軸受の
寿命を伸ばすことのできる立形モータポンプを提供する
にある。

本発明は回転軸を回転子の上、下部で回転自在に支持す
るモータ側上、下軸受の少なくともいずれか一方を玉軸
受で形成すると共に、練玉軸受以外で前記回転軸を運転
時にラジアル方向に対して支持する静圧軸受装置で支持
することにより、所期の目的を達成するように成したも
のである。

以下、図面の５ｊ！施例に基づいて本発明を＃＃に説明
する。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用する
。

１１１１２図に本発明の−！ｌＩ廁例を示す。該図の如
く、本実施例ではモータ側の上部軸受を玉軸受４Ａとし
て回転軸３を支持し、モータ側の副軸受を運転時にラジ
アル方向に対して支持する静圧軸受ａｍ５１を設けて回
転軸３を支持するようにしている。

この静圧軸受装置５１は、回転軸３の一部外周部に設け
られた回転スリーブ５５と所定間隙をもって該回転スリ
ーブ５５を覆うように配置され、回転スリーブ５５１１
１に圧力潤滑ｍを形成するボケントｉＩｌを有する静圧
ポケット５２と、該静圧ポケット５２を収納する軸受ケ
ース５４とから成）、該軸受ケース５４は内ケーシング
２に固定されている。との詳ｍを１８３図に示すが、静
圧軸受装置５１は上述の構成の他に、静圧ポケット５２
と軸受ケース５４には小孔オリフィス５３ａ、５３ｂが
設けられ、一方、軸受ケース５４を支持している内ケー
シング′２゛には吐出路２１から液体の一部を導く分岐
孔２３が設けられ、分岐孔２３からの液体は小孔オリス
イス５３ｍ、５３ｂを介して靜圧ポケット５２のポケッ
ト部に供給される。更に回転ラム４５と静圧軸受装置５
１とで形成される関ｍ４６と、固定子９と回転子９１を
収納するモータｍ４７とは回転スリーブ５５の内面に設
けられた立孔５６で連通されている。東に、玉軸受４Ａ
の外輪部４１　ＡＦｉ回転軸３の上下移動に追従してス
ムースな動きをもたらすためのスライド軸受４２Ａが配
置される。このスライド軸受４２Ａはポンプ部最下端に
設けたラジアル軸受８と同一の原理に依るもので、昇圧
した液体の一５ｔ−分岐孔２４へ導入し、静圧ポケット
を有するスライド軸受４２ＡＫ供給し、圧力液体膜で外
輪筒４１Ａを支持しスライド抵抗を極小にして、回転軸
３の上下運動に速やかに追従させ、玉軸受４Ａの異常現
象発生（片当凱偏負荷による異常摩耗や焼損）を防止す
る配慮が成されている。

次に本実施真の構成における動作をｊｉｉ！明する。

従来と同様モータが始動するとインペラ６が回シ出しサ
クション側の液体を昇圧して配管ｓＫ供給するが、昇圧
し７ＩＩ：、液体の一部は荷重軽減装置の回転ツム４５
を押上げつつ、回転ラム４５のすきまを通って開基４６
に入る。一方、吐出路２１の途中には分岐孔２３が設け
られており、更に、本実施例では新たにモータ肯下軸受
にラジアル力を負荷する静圧軸受装置５１を配置してい
るため、分岐孔２３に導入した昇圧液体は、軸受ケース
５４に収納される静圧軸受装置５１の静圧ポケット　５
２に流入し、ここのポケット部に圧カ１％！ｌｆ＃ｐＡ
ヲ形成し流体膜によって回転軸３を支持するようにして
いる。

このような本実施例の構成とすることにより、高揚機ｍ
器の場合、インベラハヮジングの内室円周上に水力学的
なアンバランスが生じ、これがラジアル力として軸受に
作用しても、モータ側下部軸受は静圧軸受＠ｔｌｓｘで
構成されているため、ラジアル力に対しでは十分に耐え
ることができ、従来の玉軸受を用いた場合に比較してそ
の寿命は大幅に延長される。爽には、軸受の片当た９や
偏負荷による異常摩耗や焼損等も防止される構成となっ
ている。

ところで、静圧軸受装置５１周辺の圧力に着目すると、
先ずインペラ６で昇圧した圧力液体はチャンバ２０に入
９大部分は吐出路２１へ流入するが、一部の液体は、第
３図の如く回転ラム４５のボス面を押し上げ反スラスト
力を発生させる。こノ反スラストカＰａの大きさは回転
ツム４５のボス面積をＡとじ虎場合、Ｆ　ａ＝Ａ　（Ｐ
ｔ　　Ｐｔ）として表わされる。ところが、静圧軸受装
置１５１には吐出路２１の液体の一部を分岐孔２３から
導入し、静圧ポケット５２に供給して圧力膜を形成する
ため、軸受面から流出し九液体は軸受両端面に流れ開基
４６に流入する。この様な状態で運転すると開基４６内
はそれぞれの圧力が封じ込まれ、第４図の圧力分布のよ
うにチャンバ２ｏの位置がら静圧ポケット５２の範囲ま
で供給圧力Ｐ１と同一値に達し、回転ラム４５、及び静
圧軸受装置５１の機能が失われて当初の目的が発揮でき
なくなる危険性が生じる。そのためには、本実施例のよ
うに回転スリーブ５５の内径側に間室４６と低圧条件が
確保されるモータ富４７を連通する立孔５６を複数本設
けることにより、開基４６の昇圧を防止して静圧軸受装
置１１１５１及び回転ラム４５の機能を十分に発揮させ
ることができる。即ち、立孔５６を付設しｆｃ場合、圧
力分布はｉｌｌ！４図の点線で示すように、量産４６の
圧力が減じられて各要素部には理想的な圧力分布が形成
される。したがって、回転ラム４５の背圧差（ｐ＋　　
Ｐｔ）によって反スラスト力Ｆａが生じるとともに静圧
軸受のラジアル反力ｐｒが発生し、軸受面に圧力流体膜
を形成して回転軸３と静圧軸受装置５１の静圧ポケット
５２は非接触状態で運転される。したがって、静圧軸受
装置はメタルコンタクトによる摩耗の発生も皆無とな９
長期間安定した運転が可能となる。

次に本発明の他の実施例を第５図に示す、該図の実施例
は、モータ側上部軸受である玉軸受４への真下に、上述
した実施例と同様な構成からなる静圧軸受装置５１′を
設けたものである。勿論、モータ側下部軸受は上記実ｍ
例の静圧軸受装置ｔを用いている。

本実施例の如く、モータ側上部軸受に玉軸受４Ａと静圧
軸受装置５１′を併用する理由は、例えば、水よりもは
るかに粘度の小さい液体を使用する場合、起動時等は回
転体自重をラジアル軸受で支える拳、すべり軸受で支え
る拳は事実上困難、であるため、自重支持用として併設
したものである。そして本実施例での特徴は、玉軸受４
Ａの外輪と軸受ケース５４′との間隙ｇを静圧軸受装置
５１’の静圧ポケット５２′と回転ズリープ５５′との
関１！ＪＧより大きくし、ｇ＞Ｇなる関係を保持してい
ることである。これによシ、運転中ラジアル荷重が発生
しても静圧軸受装置で負荷し玉軸受には全く負荷されな
い。一方、停止時は荷重軽減装置の作用が発揮できない
丸め（ポンプの吐出圧力が発生しないため）、回転体自
重によって回転軸３は下方に落下し、これをつば部５６
を介し玉軸受４Ａで支えることになる。運転に入るとポ
ンプ圧力に工って回転ツム４５と一体の回転軸３が次第
に浮上し、第２図の回転ラム４５の浮上隙間Ｃでバラン
スする。従って、玉軸受は起動、停止時の短時間のみ自
重運転され、定格運転時は荷重軽減装置に工９スラスト
荷重は負荷されず、かつ、ラジアル力は上部の静圧軸受
装置５１で分担される九め、玉軸受４Ａにはほとんど負
荷されない。

これを前述の方法で玉軸受の寿命を予−ｊすると、停止
時の最大負荷）したと仮定すると単純に８倍の延長が可
能であシ、起動、停止運転時間Ｔがｌ分間以内であるφ
を考慮すると、Ｌ＝４Ｔ−）”Ｘ従来予想もできなかっ
た長寿命化が可能となシ、立形モータポンプのメインテ
ナンスフリー等、機器の保守管理も著しく改畳される。

尚、上述した実施例は、モータ側上部軸受だけに玉軸受
と静圧軸受装置とを併用したが、モータ貴下部軸受にも
同様に玉軸受と静圧軸受装置を併用してもよいし、この
他静圧軸受装置と玉軸受との併用は種々考えられること
は言うまでもない。

以上説明した本発明の立形モータポンプに工れば、回転
軸を回転子の上、下部で回転自在に支持するモータ冑上
、下軸受の少なくともいずれか一方を玉軸受で形成する
と共に、練玉軸受以外で前記回転軸を運転時にラジアル
方向に対して支持する静圧軸受装置で支持したものであ
るから、軸受にラジアル方向の荷重が加わった場合でも
、それは静圧軸受装置に負荷することとなり、ラジアル
方向荷重に十分耐えることができるため、軸受の寿命を
大１１ｉ１ｉ１に伸ばｒことができ、此種立形モータボ
７ノに採用する場合には非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の立形モータポンプの載嵌を示す断面図、
第２図は本発明の立形モータボンノの一実施例を示す断
面図、第３図は本発明の一実施例に採用される静圧軸受
装置の詳ｌ１ｌｉｌを示す中断面図、第４図は第３図の
静圧軸受装置の谷部における圧力分布状聰を示す凶、第
５図は本発明の他の実施例を示すモータ側上部軸受の概
略断面図である。 ｌ・・・外ケーシング、２・・・内ケーシング、３・・
・回転軸、４Ａ、４Ｂ・・・玉軸受、６・・・インペラ
、８・・・ラジアル軸受、９・・・固定子、２１・・・
吐出路、２３゜２４・・・分岐孔、４２Ａ、４２Ｂ・・
・スライド軸受、４５・・・回転ラム、４６・・・間室
、５１．５１’・・・静圧＠受装置、５２．５２’・・
・静圧ポケット、５４゜５４′・・・軸受ケース、５５
．５５’・・・回転スリー第　１　図 と　　　　　′ｌ 幣　２　　ロ 第４図　　　　　　￥３図 ５７４− 手続補正書（方式） ％式％ 事件の表示 昭和５７年特許願第　７５４２７　　号発明の名称 立形モータポンプ 補正をする者 りＩイ１七の関＋！ｑ寺許出願人 ｆｉ　　　所　　東京都七代田区丸の内−丁目５番１号
名　　　材１５１ｆｌｌ林式会社　　日　　立　　製　
　作Ｐ斤代表者　三　１）勝　茂 代　　　理　　　人 居　　所　東京都丁−代田区丸の内−丁１］５番１号補
正の対象 図面 補正の内容 １、本願のｌＡ面第３図、及び第４図を添付図の様に補
正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、立形の回転軸に嵌着され九回転子と、該回転子と所
   定間隙をもって対向配置されケーシングに固定された固
   定子と、前記回転軸を回転子の上。 下部で回転自在に支持するモータ側上、下軸受と、該モ
   ータ儒下軸受下方の前記回転軸に固着され、その回転軸
   と共に回転することに１９液体を上方に吐出すポンプ作
   用をするインペラと、該インペラとモータ側下軸受との
   間に設けられ、運転時に発生するポンラス２ストカを低
   減する荷重軽減装置とを備えた立形モータポンプにおい
   て、前記モータ側上、下軸受の少なくともいずれか一方
   を玉軸受で形成すると共に、該玉軸受以外で前記回転軸
   を運転時にラジアル方向に対して支持する静圧軸受装置
   で支持したことを特徴とする立形モータボ／プ。 ２、前記モータ側上軸受を玉軸受とし、かつ、モータ側
   下軸受を静圧軸受装置としたことを特徴とする特許−求
   の範囲Ｍ１項記載の立形モータポンプ。 ３、前記静圧軸受装置と荷重軽減装置との間で形成され
   る開基と、前記固定子、及び回転子が収納されるモータ
   虚とは、前記静圧軸受装置と回転軸とで形成される空隙
   部以外で遅過していることを特徴とする％Ｗ＋ＩＴｉ！
   米の範囲１ｍ２項記載の立形モータポンプ。 ４、前記静圧軸受装ｍは、前記回転軸の軸方向の一部を
   収シ囲むようにその周囲に所定間隙をもって設置され、
   前記回転軸側に圧力潤滑膜を形成するポケット部ｔ−有
   する静圧ポケットと、該静圧ポケットを収納する軸受ケ
   ースとから成シ、前記軸受ケースを前記ケーシングで支
   持すると共に、該ケーシングの静圧ポケットを支持して
   いる近傍に、前記インペラから吐出された液体の一部を
   導く分岐孔を設け、かつ、前記軸受ケースと静圧ポケッ
   トには、前記分岐孔からの液体を前記ポケット部に供給
   する小孔オリフィスを備えているととｔ−特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項、又は第３項記載の立形モ
   ータポンプ。 ５．前記モータ側上、下軸受を玉軸受とし、かつ、モー
   タ側上軸受の真下に前記静圧軸受装置を設けたことを特
   徴とする％１ＦＦＪＩＩ！求の範囲第１項記載の立形モ
   ータポンプ。 ６、前記モータ側上軸受の真下に設置される静圧軸受装
   置は、前記回転軸の一部を取り囲むようにその周囲に所
   定間隙をもって設置され、前記回転軸側に圧力潤滑膜を
   形成するポケット部を肩する静圧ポケットと、咳静圧ポ
   ケットを収納すると共に、その一部が前記玉軸受＃に伸
   延し、該玉軸受の外周部を所定間隙をもって覆う軸受ケ
   ースとから成ｐ１前記軸受ケースで前記ケーシング金支
   持すると共に１、咳ケーシングの静圧ポケットを支持し
   ている近傍に、前記インペラから吐出されｆｅ、液体の
   一部を導く分岐孔を設け、かつ、前記軸受ケースと静圧
   ポケットには、前記分岐孔からの液体を前記ポケット部
   に供給する小孔オリフィスを備え、更に前記玉軸受と軸
   受ケースとの間隙は、前記回転軸と静圧ポケットとの間
   隙よシ大きく形成されていることを特徴とするｑ＃軒請
   求の範囲第５項記載の立形モータポンプ。