JPS60118035A - 水中モ−タ - 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】 本発明は液封型モータを用いた水中モーフポンプのモー
タ、就中温水が湧出する井戸、即ち温水井戸用の水中モ
ータポンプのモータの軸封装置に関する。

従来、下部にモータを備え上部のポンプを駆動するよう
に全体が井戸に設置するのに適するように筒状とした水
中モータポンプは第１図から第１図に縦断面図でモータ
軸の片側のみを示すように軸封装置を備える。第１図は
モータの上部ブラケットクθに一対のオイルシール７／
が間隔をあけ間にシリコングリース７．２を封入して抱
合せて嵌入してモータ軸／３を軸封し、モータ軸／３に
対して隙間前く配されるシールカバー７３が上部ブラケ
ット７０に圧入されたものである。第２図は第１図にお
いてシリコングリース７２を入れないで一対のオイルシ
ール７／を当接したもので他は第１図、第２図は同じで
ある。第３図は第１図においてシールカバー７３にフィ
ルターフグを保持してフィルターフグはモータ軸１３と
摺擦するものである。

第１図乃至第３図に示した実施例ではオイルシールを用
いてありその耐圧も低い。そして第３図に示されるよう
なフィルター７４’は軟質多孔質材が用いられるが砂を
含む井戸水の場合は砂がフィルター７グのフィルター７
ケとモータ軸１３の摺動面側に耐着してモータ軸１３を
摩耗させる。

第７図はメカニカルシールを用いた例であり、上部ブラ
ケット７０に嵌入するシールカバー７３はモータ内部側
にモータ軸１３に摺擦するダストシール７Ｓを設けであ
る。メカニカルシールは上部ブラケットに摺動環７６が
シート材７りを介して圧入され、モータ軸１３に軸方向
移動可能に密に嵌入する硬質有機材料の移動環７ｇに保
持される摺動環７ｑが固定側の摺動環り６と摺動するよ
うになっており、移動環７ｇとモータ軸１３に移動しな
いように圧入されたばね座環ｇｔとの間には圧縮ばねｇ
、２を備える。

このようなメカニカルシールを用いた従来例ではダスト
シール７５により井戸水中の砂の浸入を防ぎメカニカル
シールにより削正も大きく、耐久力もあるが尚直接モー
タの内外圧差はメカニカルシールに加わる。

第１図から第１図に示すような軸封装置を備えた水中モ
ータポンプをポンプ揚水温度が高温度となる百メートル
以上の深井戸や温泉水の湧出する温泉井戸に挿入すると
オイルシールを備えたものはオイルシールとモータ軸の
摺動部の摩耗が促進され軸封機能が失われる。このため
モータの回転子のある室内に井戸水が浸入することにな
る。

又、常温常圧でモータ内に封入しである封入液は温水に
より加温され封入液の含有気体及び封入液の封入時にモ
ータ内に残留している気体等と共に膨張する。そしてこ
のような封入液及び気体の膨張は例えばダイヤフラム等
の膨張吸収装置をモーフ端に備えておいて内圧増大を抑
制するが元来が内部発生熱による封入液及び気体の膨張
を予定して設けられているものが更に温泉水に加温され
極めて高温となり、封入液の膨張を充分吸収することが
できず内部圧が高くなってしまいモータのオイルシール
、メカニカルシールのような軸封装置に大きな圧力を加
え軸封装置を破沼してしまい、モータ内外が通ずるよう
になる。

軸封装置が破壊されると砂、酸性、アルカリ性及び塩分
を含む腐食摩耗を起す高温の温水がモータ内部に封入液
と入替わって入る。そして軸受の摩耗焼付や回転子のコ
ア及び二次導体の腐食を惹起しモータのロック、焼損を
生じポンプが揚水不能となる。

水中モータポンプの据付位置が深く、又動圧、静圧の差
が大きい場合には水中モータへの外圧が高くなり回転子
室の封入液中に含まれる溶存空気が圧縮される。このた
め本来水中モータの運転による温度上昇に伴なう封入液
膨張を吸収する目的のダイヤフラムが回転子室側へ膨張
することにより、ダイヤフラムを傷つけ、破損し、ポン
プ揚液を回転子室内に浸入させることになる。又、オイ
ルシール等の低圧力用回転シールを用いている場合は外
圧に耐え切れなくなり、オイルシール部よりポンプ揚液
が回転子室内に浸入することになる。従って回転子室内
に砂、酸性、アルカリ性又は塩分を含む腐食、摩耗を生
ぜしめる液が浸入することになり、軸受の摩耗、焼付や
回転子のコア及び二次導体の腐食を惹起しモータのロッ
ク、焼損となりポンプが揚水不能となる。

オイルシールより高圧力に耐える第７図のようなメカニ
カルシールにおいても水中モータの負荷側ブラケット内
に装着する場合は高圧力に耐えるメカニカルシールの装
着が出来ないため上記と同様の結果になる。

以上のように従来の水中モータポンプでは高温揚水に基
づく問題点があり、深さが数百米に及ぶ井戸の場合は更
に水中モータポンプの設置場所の水深が深いことに基づ
く問題点とがあった。

本発明は鉤えば温泉井戸のような高温環境下もしくは高
温高圧の水中において用いられる水中モータポンプにお
いて、高温に適応し、耐圧力の大きな軸封装置を備えた
封液形モータを提供することを目的とするものである。

本発明は深井戸用水中モータのポンプ連結側に水中モー
タの軸封を行うメカニカルシールを設けた軸封室を下部
に備え、軸封室に連通し、封入液の膨張吸収手段を配し
た封入液膨張吸収室を上部に備えたメカニカルシール室
を有するケーシングを備え封入液膨張吸収室の封入液を
メカニカルシール室に封入してなる軸封装置を備えた水
中モータである。

以下本発明の実施例を図面に従って説明する。

第５図は縦断面図である。但し図形は９０度回動して示
してあり、図の右側が上部である。板金製円筒形のフレ
ーム／内には固定子コが固定され両側にはリング状の上
部フレーム側板３、下部フレーム側板ダが圧入固定され
ている。上部フレーム側板３には密封輪５を介して上部
ブラケット６が嵌入し、上部ブラケット乙に上部ラジア
ルメタル７が図示しない回り止めピンを介して嵌入して
いる。下部フレーム側板グには密封輪ｇを介して下部ブ
ラケット９が嵌入しポル）／？で固定され、下部ブラケ
ット９には図示しない回り止めピンを介し下部ラジアル
メタルＩＯが嵌入している。上部ラジアルメタル７と下
部ラジアルメタルｉｏには固定子２とステータキャン／
／を介してステータキャン／／とわずかに隙間をおいて
配された回転子７．２が圧入固定されたモータ軸１３が
滑入している。／４Ｃはモータ軸１３に圧入固定された
動的バランスを調整するバランスリングである。

モータ軸１３の下端は自動調心形スラスト軸受／りの上
端の回転円板１６をキー１７を介して圧入して嵌合して
いる。自動調心形スラスト軸受１５はレベリングディス
ク／ｇに担持される摺動部材がレベリングディスクｉｔ
がスラストハウジング、２０にねじ込まれたアジャスト
スクリュー、２／の上端の牛球形面にて自在に首振り可
能に支持されることにより揺動自在に支持されていて、
レベリングディスク／１に移動しないように揺動自在に
取付けられ、レベリングディスクｔｇ端面円周上に配さ
れた反負荷側スラスト受ココと回転円板ｌ乙にピン２３
により回り止めされて嵌入する円環形のスラストカーボ
ン板２グが摺動するようになっており、水中モータに連
結されるポンプの運転によるスラストと図示されてない
モータ軸１３端の軸接手、回転子ｌ、２およびモータ軸
１３等の重量とを負荷とし支えている。アジャストスク
リュー、２／はスラストハウジング、２１７にモータ軸
１３の位置を調整してねじ止めされロックナツト、２Ｓ
により固定する。スラストハウジングコθは端部のめね
じを下部ブラケット？にシール剤を用いねじ込み固定し
、小ねじ、２乙で回り止めする。

固定子λのコイル２７は三芯平形ケーブルコネクタ２ｇ
に結線され、三芯平形ケーブルコネクタ２ｇは上部フレ
ーム側＆３の軸方向に設けた円孔に密封手段により水密
を計られ、貫通し、ケーブル、２９につながり外部より
三相交流の電力を受けるようになっている。固定子コの
内周に接するように板金製円筒形のステータキャンｌ／
の両側が上部フレーム側板３、下部フレーム側板ダに溶
接されている。

スラストハウジングコθの下部にはダイヤフラム３０が
嵌入し、ダイヤフラム３０の外フランジ部を押圧するよ
うにスラストハウジング−〇の下端の円筒孔に孔３／を
あけた押え板３２が圧入されダイヤフラム３０がスラス
トハウジング、２ｏに水密に固定されている。押え板３
コとダイヤフラム３θの底面に尚接したばね受板３３間
には圧縮された状態で円錐型コイルばね３１Ｉが挿入さ
れている。そしてばね受板３３の中心孔がダイヤフラム
３０の中心に設けたボス３０ａに位置決め嵌入している
。

第６図は第５図の一部拡大図である。上部ブラケット乙
には密封輪グざを介して複合したメカニカルシール室７
の一方の端を担持し、密封輪３７を介してメカニカルシ
ールケース３ｇが嵌入し、上部ブラケット乙のボルト孔
を挿通してボルト３９をメカニカルシールケース３ｇに
ねじ込み、上部ブラケット６とメカニカルシールケース
３ｇを固定しである。メカニカルシールケース３ｇには
密封輪グｌを介してメカニカルシール室７の他方の端を
担持するためのブラケット（以下メカブラケットと称す
）ｌＩコが嵌入し、メカブラケット’１２のボルト孔を
挿通して中央部に六角形の工具係合部のある両側軸部に
ねじを備え水中ポンプを締結するための特殊ホルトり３
がメカニカルシールケース３ｇにねじ込まれている。

メカブラケット’１２はモータ軸１３とは隙間をおいた
円筒形部ｐｐ及びメカニカルシールカバ一部ｌ１６を有
している。メカニカルシールカバ一部ｌＩ６の両側間は
連通ずるようにしである。

メカブラケット１１．２とメカニカルシールカバ一部’
ＩＡ間のメカニカルシールケース３ｇ内は封入液膨張吸
収室Ｂとなっている。メカニカルシールカバ一部グ６と
上部ブラケット６との間には複合メカニカルシール室グ
２が装備される。かくして軸封室Ａと封入液膨張吸収室
Ｂは連通ずるメカニカルシール室を形成している。

複合のメカニカルシール弘７は密封輪グｇを介して夫々
上部ブラケット乙とメカブラケットグコのメカニカルシ
ールカバ一部ｆ４に嵌入してボルトｌ１９により夫々上
部ブラケット６とメカニカルシールカバ一部ｌ１６に固
定された押え板ＳＯにより押えられた摺動環Ｓ／と、モ
ータ軸１３に軸方向移動可能に密に嵌入する一対の移動
環３．２と、移動環５２に保持されて固定側の摺動環ｊ
／と摺動する移動側の摺動環３３と、一対の移動環５．
２の間に挿入され移動環ｓ２を軸方向に附勢して移動側
の摺動環Ｓ３を固定側−の摺動環５１に押圧する圧縮は
ね５ダとからなっている。押え板ＳＯの突起ｋＯａは摺
動環Ｓ／の溝！ｒ／ａに係合し、摺動環５１の回り止め
となっている。

メカブラケットｌ１２の外部側の円筒形舌部３Ｓの外周
とモータ軸１３に圧入されたサンドスリンガ−！ｒ６と
の間は隙間少く接近しており、サンドスリンガ−３６の
回転による遠心力により砂等の異物を排除するようにな
っている。従って井戸水はメカブラケットクーの円筒形
部ＩＩ　’ｌ、同シ（メカニカルシールカバ一部ダ６、
上側の摺動環５１とモータ軸１３間の隙間をとおり、砂
を含才ない液体がメカニカルシールｌ１７の上側の摺動
環ｓｉ、ｓ３の摺動面に達し、外部側の摺動面の無潤滑
運転が防止されている。

モータの回転子ｌコを含む回転子室Ｃには封入液Ｓｇが
可及的空隙を生じないように封入されている。封入液３
ｇは組立時上部ブラケット６までを下部から組み上げた
際に上部ブラケット乙の中心孔から注入してもよく、上
部ブラケツ）Ａに注入口を設げておいて封入液、ｔｙを
注入して栓ｇｇをする。固定子コを含む固定子室りは上
部に常圧の封入空気Ｓ９の残った空間を残して封入液６
１が封入しである。複合のメカニカルシール４’７を含
む軸封室Ａ及び封入液膨張吸収室Ｂはメカニカルシール
ケース３ｇに栓１９をねじ込んだ封入液の注入口を設け
て残留空気を残さないようにして封入液６３が封入しで
ある。

メカニカルシールケース３ｇのｔｕ液ノ膨張吸収室Ｂの
位置でメカニカルシールケース３ｇの半径方向の段孔に
ダイヤフラムＳ３が嵌入し。

ダイヤフラムｇ３の外フランジを押圧するようにメカニ
カルシールケース３ｇの段孔の孔ｇ６をあげた押え板ｇ
ｏが圧入され、ダイヤフラムＳ３がメカニカルシールケ
ース３ｇに水密に固定されている。押え履ｇ　ｏとダイ
ヤフラムｇ３の底面に当接固定したばね受板εＳ間には
圧縮された状態で円錐型のコイルばねｇｌＩが挿入され
ている。そしてばね受板ｇｓの中心孔がダイヤフラムざ
３の中心に設けたボス３３＆に嵌入している。

このダイヤフラムｇ３等による封入液の膨張吸収装置は
膨張吸収室Ｂの体積を変化させ得−る他の形式の例えば
ベローズに置き変えてもよい。

尚第６図のＡ−Ａ断面図の第７図に示すように軸封室Ａ
に半径方向の回動しないメカニカルシール）−ス３ｇに
固定した羽根６１１を備えておくと、封入液６３の攪拌
を抑制できる。

このような水中モータはフレームｌの円筒の軸方向延長
面内に総ての構成物があるように構成されており、メカ
ブラケット／Ｉ２端に外部の取扱液が自由に入る開放さ
れた中継ケーシングを介して同様に全体としては円筒状
の水中ポンプが締結され、モータ軸／３端に軸継手によ
りポンプ軸が連結されるようになっている（図示されな
い）。

こ＼で封入液を例示すると、固定子室りの封入液６１は
絶縁油であり、回転子室Ｃの封入液５ざはプロピレング
リコール又はシリコンオイルであり、軸封室Ａ、及び封
入液膨張吸収室Ｂの封入液Ａ３は油圧作動油又はシリコ
ンオイルである。

ケーブルコワにより地上から給電されるとコネクタ、２
ｆｆを介して固定子コイル２７に通電され、回転子１２
は回転力を得てモータ軸１３は回転し、図示されない水
中ポンプを軸継手を介して回転して井戸の水を汲み上げ
る。モータ軸１３はラジアルメタルク、１０によりラジ
アル荷重を担持され、スラスト軸受ｌ！によりポンプ推
力及びモータ軸１３が担持する物の重量を支持する。そ
してモータ軸１３が外部へ出る部分はサンドスリンガ−
３６とメカブラケット弘コの舌部３Ｓ間で砂等の微小固
形物の浸入は排除され、井戸水はモータ軸１３とメカブ
ラケット’１２の円筒形部タタ、メカニカルシールカバ
一部’Ｉｔ、上側の摺動環Ｓｌとの隙間からメカニカル
シールグアの外部側に達し、内外圧の差はあっても複合
メカニカルシールｌＩ７により軸封される。

今、高温水の湧出する温水井戸中に本発明の水中モータ
を用いた水中モーターポンプを設置すると高温度の温水
のため、固定子室りの封入液４／、回転子室Ｃの封入液
！ｒｆｆ、軸封室Ａ及び封入液膨張吸収室Ｂの封入液Ａ
３は加温される。

その際、固定子室りの封入液４／の膨張は封入空気ｓｑ
を圧縮して発生圧力を抑制する。回転子室Ｃでは封入液
！ｒｇ及び回転子室Ｃに残留した空気や封入液ｊＩｒが
含有する気体及び封入液５ｇと内部の金属と反応して生
じた気体が加温され膨張する。そしてダイヤフラム３０
をばね、？４Ｉ−に抗して外方に向って変形さぜる。外
部側の圧力とばね３４ｔの弾力の合計と回転子室Ｃの封
入液！ｇの圧力が釣合うものである。一方軸封室Ａ及び
封入液膨張吸収室Ｂの封入液６３も高温水により温度上
昇して膨張し、そしてダイヤフラムｇ、３をばねｇｑに
抗して外方に向って変形させる外部側の圧力とばねｔ４
ｔの弾力の合計と封入液６３の圧力が釣合うものである
。

か＼る高温水による回転子室Ｃの封入液５ｇの加温とモ
ータ運転による発生熱による昇温はダイヤフラム３θさ
ばね３４ｔで吸収するものであるがダイヤフラム３θの
変形限度に達すると回転子室Ｃの封入液３ｊの圧力が急
上昇し、メカニカルシールグアに加わる。軸封室Ａと封
入液膨張吸収室Ｂの封入液６３は高温水により加温され
膨張しダイヤフラムｇ３を圧縮し封入液Ａ３と外部圧力
がバランスする。メカニカルシール室封入液ｔ３と外部
圧力とは常にバランスしており、且つ摺動環５１と５３
の摺動面にはばねざダがばね定数が小さく、且つ設定圧
縮量を小さくしであるから圧力がほとんど働かないため
、メカニカルシールの寿命が長くなる。

本発明は下部にモータ、上部に該モータにより駆動され
る全体として筒状の水中モータポンプの液封型モータの
モータ軸が外部へ出る部分にメカニカルシールを装着し
た軸封室と軸封室の上部に隣って封入液膨張吸収室を設
けて両室間を連通ずるようにし、ダイヤフラムを有して
いるので高温環境もしくは高温高圧環境下において用い
て耐久性がある。

実施例はキャンドモータについてのべたがステータキャ
ン／／を備えない水中モータ°も本発明に含まれること
はいうまでもない処である。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第７図は従来例の縦断面図、第Ｓ図は本発明
の実施例の縦断面図、第６図は第５図の部分拡大図、第
７図は第６図のＡ−Ａ断面図である。 ／・・フレーム　コ・・固定子　３・・上部フレーム側
板　ダ・・下部フレーム側板　３・・密封輪　ル・・上
部ブラケット　７・・上部ラジアルメタル　ざ・・密封
輪　デ・・下部ブラケット　ｉｏ・・下部ラジアルメタ
ル　／／・◆ステータキャン　１２・拳回転子　１３−
拳モータ軸　／４ｔ１１・バランスリング　１５・・ス
ラスト軸受　ＩＡ・φ回転円板　ｌり・・キーｔｇ・・
レベリングディスク　／ワ・拳ボルト　コθ・・スラス
トハウジング　２ｔ−・アジャストスクリュー　２２・
・スラスト受、２．？　−−ピン　２’ｌ・−スラスト
カーボン板２！；−−ロックナツト　２６・φ小ねじ　
２７・・ステータコイル　、２ｇ・・コネクタ　コワ・
・ケーブル　３０・・ダイヤフラム　３１・・孔　３２
・・押え板　３３・・ばね受板３ダ・・ばね　３７・・
密封軸　３ｇ・・メカニカルシールケース　３２・・ボ
ルト　ｌＩｌ・・密封軸　グコ・・メカブラケット　４
１３・・特殊ボルトｌｌり・・円筒形部　’ＩＡ・・メ
カニカルシールカバ一部　ｌＩｌ・−メカニカルシール
　４ｔｇ・・密封軸　Ｆ９・・ボルト　Ｓθ・・押え板
　ｊ／・・摺動環　５２・・移動環５３・・摺動＠　、
！ｔｌＩ・・圧縮ばね　ＳＳ・・舌部　５６・ｅザンド
スリンガー　ｓｇ・・封入液　ｊ′９・・封入空気　６
１・・封入液６３・・封入液　Ａ４’・・羽根　りθ・
・上部ブラケット　７１・・オイルシール　７２・・シ
リコングリース　７３・・シールカバー７４’・・フィ
ルター　７！・・ダストシールクロ・・摺動環　７７・
・シート材　７ｇ・・移動環　７９・・摺動環　ｇ／・
・ばね座環ｇ、Ｚ・・圧縮ばね　Ａ・・軸封室　Ｂ・・
封入液膨張吸収室　Ｃ・・回転子室　Ｄ・・固定子室。 特許出願人　株式会社荏原製作所 代理人　新　井　−部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ　深井戸用水中モータのポンプ連結側に水中モータの
   軸封を行うメカニカルシールを設けた軸封室を下部に備
   え、軸封室に連通し、封入液の膨張手段を配した封入液
   膨張吸収室を上部に備えたメカニカルシール室を有する
   ケーシングを備え封入液をメカニカルシール窄に封入し
   てなる軸封装置を備えた水中モータ。