JPS6043038A - 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タポンプのモー
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
中モータポンプは電１図から第を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７θ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コを封入して抱合せ
て嵌入してモータ軸１３を軸封，し、モータ軸／３に対
して隙間少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７：１を入れないで一対のオイルシ
ール７じである。第３−は第１図においてシールカッ（
−７３にフィルター７４７を保持してフィー７レターク
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
うなフイ）レター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ダのフィルタ
ー７４’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。

第ダ図はメカニカルシールを用いた例であり、上部ブラ
ケットクθに嵌入するシールカバー７３はモータ内部側
にモータ軸ＩＪｌこ摺擦するダストシールクＳ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
がシート材りクを介して圧入され、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７９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ｊＪ　７　ｆとモータ軸１３に
移動しないように圧入されたばね座環ｇｉとの間Ｉこは
圧縮ばね８コを備える。

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７！化より井戸水中の砂の浸入を防ぎメカニカル
シールにより耐圧も太き（、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図から第ダ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タ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Ｉこよる封入液及び気体め膨
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
加え軸封装置を破壊しモしまい、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−こは水中モータへの外圧が亮くなり回転
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ζこ伴なう封
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、ダイヤフラムを傷っけ、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λ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
耗を生せ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り図のよウナメカニ
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剛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ζどなる。

以上のよう−こ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。

本発明は例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、部分的に空気を封入した封入
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空気封入部分を
除き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ｌ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、下部フレーム側板りが圧入固定され
ている。上部フレーム側板３には密封輪ｊを介して上部
ブラケット乙が嵌入し、上部ブラケット乙に上部ラジア
ルメタル７が図糸しない回り止めピンを介して嵌入して
いる。下部フレーム側板ケには密封輪ｇを介して下部ブ
ラケット９が嵌入しボルト／９で固定され、下部ブラケ
ツ・ト？には図示しない回り止めピンを介し下部ラジア
ルメタ）Ｌ／１０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ｌθには固定子コとステータキ
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／、２が圧入固定されたモータ軸
／３が滑入している。／グはモータ軸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；・軸受／Ｓ
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／Ｓはレベリングデ
ィスク／ざに担持され２摺動部材がレベリングディスク
／Ｉ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２１の上端の半球膨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ｉｇ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／ｇ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／６にピンコ
３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２４！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／３端の軸接壬、回転子／、２およびモー
タ軸／３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Ｊ／はスラストハウジングＳＯにモータ軸１
３の位置を調整してねじ止めされロツクナ゛ン°トコｓ
ｌこより固定する。スラスト／１ウジング、２０は端部
のめねじを下部ブラケット９にシール剤を用Ｇ）ねじ込
み固定し、小ねじ２６で回り止めする。

固定子コのコイル、２７は三基平形ケーブルコネクタ２
ｇに結線され、三基平形ケーブルコネクタ２ｇは上部フ
レーム側板３の軸方向に設けだ円孔に密封手段により水
蜜を６１られ、貫通し、ケーブルコ９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
ユの内周に接するように板金製円筒形のステークキャン
／／の両側が上部フレーム側＆　Ｊ　、下部フレーム側
板ｙに溶接されている。

スラストハウジンク２００）下部にはダイヤフラム３０
が嵌入し、ダ・ｒヤフラム３０の外フランジ部を抑圧す
るようにスラスト／１ウジング２０の下端の円筒孔に孔
３１をあけた押え板３．２が圧入されダイヤフラムＪＯ
がスラスト／１ウジング２０に水密に固定されている。

押え板３２とダイヤフラム３０の底面に当接したばね受
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の中心孔とダイ
ヤフラム３θの中心に設けたボス３０ａが位置決め嵌入
している。

第６図は第Ｓ図の一部拡大図である。上部ブラケット乙
には密封輪３ｊを介して複合したメカニカルシールグア
の一方の端を担持し、軸封室Ａの一方の端壁を形成する
スペーサ（以下メカスペーサと称す）３６が嵌太し、メ
カスペーサ３ルには密封輪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６とメカスペー
サ３６のボルト孔を挿通してボルト３ヂをメカニカルシ
ールケース３ｇにねじ込み、上部ブラケットＡ１メカス
ペーサ３ｔ１メカニカルシールケース３Ｉｒを固定しで
ある。メカニカルシールケース３ｇには密封輪１／を介
してメカニカルシール４ｔ７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）クコが嵌入
し、メカブラケット（７２のボルト孔を押通して中央部
に六角形の工＾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ボルトｌＩ３がメカニカル
シールケースＪＩｒ−こねじ込まれている。

メカブラケットグコにはモータ軸／Ｊとは隙間をおいた
円筒形スリーブ１ＩＩＩの一端が圧入固定され、円筒形
スリーブｌＩｌの他端はメカニカルシールカバー　ｌＩ
ｌ、に圧入固定されている。メカニカルシールケ−ク乙
の両側間は連通ずるようｌこしてあり、この実施例では
メカニカルシールケース、？　−ｇ　’トメカニカルシ
−シカバーク６間に細隙を設けである。あるいはメカニ
カルシールケース３ｇにメカニカル゛シールカバ〜ｌＩ
６ヲ密に嵌入してメカニカルシールケ−ス６の両側を連
通ずる穴をあけてもよい。メカブラケット４．２とメカ
ニカルシールケ−グ６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
ルカバー’ＩＡとメカスペーサ３６との間には複合メカ
ニカルシール４’７が装備される。か（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グアは密封輪ｒｉｇを介して夫
々メカスペーサ３ｔとメカニ。カルシールカバー４１４
に嵌入してボルトダテによりメカスペーサ３Ａとメカニ
カルシールカバーｌ乙に固定された押え板！Ｏにより押
えられた摺動環ｓｉ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＠！ｒ２、移動環Ｓコに保持
されて固定側の摺動環３／と摺動する移動側の摺動環３
３と、一対の移動ＥＪｋ２の間に挿入され移動環Ｓコを
軸方向に附勢して移動側の摺動環３３を固定側の摺動環
に／に押圧する圧縮はねｙｐとからなっている。

メカブラケツ１−１１．２の外部側の円筒形舌部！５の
外周とモータ軸／Ｊｌこ圧入されたサンドスリンガ−ｊ
６との間は隙間少く接近しており、サンドスリンガ−３
乙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Ｆｊ、ス
リーブ１１１Ｉ、メカニカルシールカバー４１６、上側
の摺動］１１．ｔ／とモータ軸／３間の隙間をとおり、
砂を含まない液体がメカニカルシール１１．７の上側の
摺動環に／、！；３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１２を含む回転子室０には封入液５ｔが
可及的空隙を生じないように封入されている。封入液Ｓ
ｇは組立時」二部ブラケット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、
図示されないが上部ブラケット６もしくはメカスペーサ
３６に注入口を設けておいて封入液Ｓｔｔを注入して栓
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３９の残った空間を残して封入液６１が封入しであ
る。複合のメカニカルシールｌ？を含む軸封室Ａ及び封
入液膨張吸収室Ｂは上部に常圧空気６コを封入した空間
を残すようにして封入液６３が封入しである。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ケース３ｇに固定した
羽根６ダを備えておくと、封入液Ａ３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
ブラケツ）Ｕ一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＼で耕入液を例示するき、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３ｇ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Ａ１及び封
入液膨張吸収室Ｂの封入液６Ｊは油圧作動油又はシリコ
ンオイルである。

ネクターｔを介して固定子コイル、２７にＡ電され、回
転子／コ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／３はラジアルメタル７、／θに
よりラジアル荷重を担持され、スラスト軸受／Ｓ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。モしてモータ軸１３が外部へ出る部分はサンドス
リンガ−５６とメカブラケット１１．２の舌部ｉｔ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
１．３とメカブラケットクコ、スＩＪ−ブｆｌＩ、メカ
ニカルシールカバー？Ａ、上側の摺動環Ｓｌとの隙間か
らメカニカルシールク７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ｑ７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＆／、回転子室Ｃの封入液
ｓｔｒ、軸封室Ａ及び封入液膨張吸収室Ｂの封入液６３
は加温される。

その際、固定子室りの封入液６／の膨張は封入空気３９
を圧縮して発生圧力を抑制する。回転子室Ｃで（ま封入
液３ｇ及び回転子室Ｃに残留した空気や封入液５ｇが含
有する気体及び封入液ｓｇ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３θを
はねＪ４’に抗して外方に向って変形させる。外部側の
圧力とばねＪ４’の弾力の合計と回転子室Ｃの封入液！
ｒｇ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、上部の封入空気６２を圧縮して圧力を発生ず
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３０と
ばね３ケ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５ｇの圧力が急上
昇し、メカニカルシールククに加わる。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
張する。そして封入液膨張吸収室Ｂの封入空気６コは圧
縮され圧力を発生する。か＼る発生圧力は井戸の静水圧
と回転子室Ｃの封入液ｓｔｒの前述した高温水とモータ
運転の発生熱に基づく圧力の中間の圧力となるように軸
封室Ａと封入液、膨張吸収室Ｂの容積、刺入液Ａ３の量
、及び封入液６３と封入空気６コの量の割合、封入液６
５の膨張係数等を選んであるのでメカニカルシールダ７
は回転子室０の封入液ｓｒの圧力と外部高温水の圧力差
よりも小さな圧力差を受けることにより、メカちカルシ
ール４／７の耐圧力を増大させる結果となる。

最初にのべたように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は水中モータの外圧
が高くなる。か＼る外圧の大きくなる深井戸の場合は湧
゛水が高温度となっているから前述した処と同じく軸封
室Ａ１封入液膨張吸収室Ｂの封入液６３は昇温して圧力
上昇しているのでメカニカルシールク７はその差分だけ
の圧力を受けることになる。

以上の説明において封入液膨張吸収室Ｂには封入空気４
．２を封入しであるがこれは軟質弾性体の例えば小球状
の容器中に空気を封入したものを多数封入液膨張吸収室
Ｂに入れておくようにしてもよい。或は又、メカニカル
シールダ７の冷却潤滑に適し且つ、気体を含有できる封
入液としてもよい。

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
けて両室間を連通するよう１どし、内部に空気を残して
封入液を封入しであるから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ｌ／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３図の部分拡大図、第
７図は第４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　グ・・下部フレーム側板　よ・・密封輪　６・・上
部ブラケット７゛・・上部ラジアルメタル　ざ・・密封
輪　タ・・下部ブラケット　１０・・下部ラジアルメタ
ル　−／　／・・ステータキャン　１２・・回転子　１
３・・モータ軸　／＋−・バランスリング　／＆・・ス
ラスト軸受　１６・・・回転円板　１７・・４−ｔｇ−
−レベリングディスク　／９書・ボルト　２０・・スラ
ストハウジング　コ／・・アジャストスクリュー　２．
２・・スラスト受コ３＠・ピン　２’ｌ−・スラストカ
ーボン板コま・・ロックナツト　コロ°・・小ねじ　２
７県−スチータコイル　、２ｇ−−コネクタ　コヮ・・
ケーブル　Ｊ１７−・ダイヤフラム　３１・・孔　３．
２・・押え板　３３・・ばね受板３ダ・・ばね　３３・
・密封輪　３Ａ・・メカスペーサ　３７・′・密封輪　
Ｊｔ・・メカニカルシールケース　Ｊｔ・・ボルト　グ
ｌ・・密封輪　ダλ・・メカブラケット　ＦＪ・・特殊
ボルト　ＱＱ・・スリーブ　グ６・・メカニカルシール
カッ（−４’？−・メカニカルシール１１１ｇ・・密封
輪　ｌＩ９・・ボルト　ＳＯ・・押え板　３／・・摺動
環　ｊコ・・移動環　左３・・摺動環　左ダ・・圧縮ば
ね　ＳＳ・・舌部Ｓｔ・・サンドスリンガ−ｓｇ・・封
入液！９・・封入空気　６１・・封入液　６．２・・封
入空気　６３・・封入液　Ａ’ｌ・・羽根りＯ・・上部
ブラケット　７／・・オイルシール　７：ｌ・・シリコ
ングリース　７３・・シールカバー　７１Ｉ・・フィル
ター　７ｓ−＠ダストシール　７６・・、摺動環　７７
・・シート材７ｇ・・移動環　７９・・摺動環　ｇ／・
・ばね座環　ｇコ・・黒縞ばね　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、部分的に空気を封入した封入液膨
   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１吸収室の空気封入部分を除
   き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。