(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸に連結された羽根車を回転駆動する電動機が収容された電動機室と、前記電動機室と前記羽根車との間に設けられた軸封室とを備え、前記軸封室が前記出力軸のうち前記羽根車側に設けられた第一軸封機構と前記電動機室側に設けられた第二軸封機構とによって軸封されるとともに、前記軸封室に潤滑油が封入されていない水中回転機器であって、
前記軸封室が、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気を結露させる飽和蒸気室として機能するように、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気の結露を促進する熱交換機構を前記軸封室に備えて構成されている水中回転機器。
【請求項２】
前記軸封室の周壁部外面が前記羽根車から吐出された水の流路に接するように構成されている請求項１記載の水中回転機器。
【請求項３】
前記熱交換機構は、前記軸封室の周壁部内面から前記出力軸に向けて延出形成され、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気をその表面で結露させる単一または複数の放熱板で構成されている請求項１または２記載の水中回転機器。
【請求項４】
前記熱交換機構は、前記出力軸の軸芯から放射状となるように、前記軸封室の周壁部内面から前記出力軸に向けて延出形成され、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気をその表面で結露させる複数の放熱板で構成されている請求項１または２記載の水中回転機器。
【請求項５】
前記複数の放熱板の表面が、前記出力軸の軸芯方向に沿って対向するように配置されている請求項４記載の水中回転機器。
【請求項６】
前記複数の放熱板の表面が、前記出力軸の軸芯方向と交差する方向に沿って対向するように配置されている請求項４記載の水中回転機器。
【請求項７】
前記軸封室は、結露水を室外に排水する開閉可能なドレン機構を備え、前記放熱板は、その表面の結露水を前記ドレン機構に向けて案内する案内板となるように、前記ドレン機構に向けて傾斜する傾斜面を備えている請求項３から６の何れかに記載の水中回転機器。
【請求項８】
前記ドレン機構に逆止弁を備えるとともに、前記軸封室に加圧用ガスを供給するガス供給機構を備えて、前記ガス供給機構により前記軸封室に貯留された結露水を前記逆止弁を介して排水するように構成されている請求項７に記載の水中回転機器。
【請求項９】
前記軸封室に、結露水が所定量に達したことを検知する水位センサを備えている請求項１から８の何れかに記載の水中回転機器。
【請求項１０】
前記出力軸が鉛直姿勢で設置され、前記第一軸封機構に結露水が接するように、前記軸封室の底面のうち前記出力軸の周囲に凹部が形成されている請求項１から９の何れかに記載の水中回転機器。
【請求項１１】
前記出力軸が鉛直姿勢で設置され、結露水が前記出力軸に沿って貯留されるように、前記出力軸の周囲に貯水壁を備えている請求項１から１０の何れかに記載の水中回転機器。
【請求項１２】
前記軸封室に、前記出力軸の回転に伴なって回転する攪拌羽根を備え、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気を前記攪拌羽根により前記熱交換機構に向けて案内するように構成されている請求項１から１１の何れかに記載の水中回転機器。
【請求項１３】
前記攪拌羽根は、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気を、前記軸封室の内壁面のうち前記第二軸封機構より電動機側で前記出力軸を保持する軸受近傍に案内するように構成されている請求項１２記載の水中回転機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水または排水に用いられる水中ポンプや、水槽内の水を撹拌する水中ミキサのような水中回転機器に関し、詳しくは、出力軸に連結された羽根車を回転駆動する電動機が収容された電動機室と、前記電動機室と前記羽根車との間に設けられた軸封室とを備え、前記軸封室が前記出力軸のうち前記羽根車側に設けられた第一軸封機構と前記電動機室側に設けられた第二軸封機構とによって軸封されている水中回転機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に示すように、水中回転機器の一例としての立軸の水中ポンプ８０は、出力軸８６に連結された羽根車８７を回転駆動する電動機８１が収容された電動機室８２と、電動機室８２と羽根車８７との間に設けられた軸封室８４と、軸封室８４と吐出口８９を備えたポンプケーシング８３と羽根車８７が収容され下部に吸込口８８を備えた吸込ベル８５等を備え、羽根車８７の回転により、吸込口８８から水を吸込み、吐出口８９から吐出すように構成されている。
【０００３】
軸封室８４は、出力軸８６のうち羽根車８７側に設けられたメカニカルシール９１と電動機室８２側に設けられたメカニカルシール９２とによって軸封され、軸封室８４内には潤滑油が封入されている。メカニカルシール９１の摺動面は、ポンプケーシング８３内の水により潤滑と冷却がなさ、メカニカルシール９２の摺動面は、軸封室８４に封入された潤滑油により潤滑と冷却がなされている。
【０００４】
特許文献１には、特許文献１中の図１に示すように、鉛直方向に出力軸３が配設された電動機が収容された電動機ケーシング１と、出力軸３上に位置しかつ電動機の下方に配置された液圧部２と、電動機ケーシング１と液圧部２との間に設けられ、出力軸３を取り囲み、かつメカニカルシール５，６を介して液圧部２及び電動機ケーシング１の両方から密封される中間チャンバ４を備えた水中ポンプが開示されている。なお、各構成の符号は特許文献１の記載に対応するものである。
【０００５】
中間チャンバ４は、分割壁７により内部環状チャンバ８と外部環状チャンバ９に区画され、内部環状チャンバ８と外部環状チャンバ９は溢流管２２で連通されている。内部環状チャンバ８には、予め規定量の潤滑油が封入され、メカニカルシール５，６の潤滑と冷却をするように構成されている。
【０００６】
特許文献２には、特許文献２中の図１に示すように、出力軸７に連結された羽根車６を回転駆動する電動機が収容された電動機室９と、電動機室９と羽根車６との間に設けられた軸封室４と、羽根車６を収容するポンプ室８等を備え、外部に備えられたガス供給装置１から、電動機室９あるいは軸封室４にホースや管２、ホース接続器３を通して、ガスが常時少しずつ供給されるように構成された水中ポンプが開示されている。なお、各構成の符号は特許文献２の記載に対応するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表平３―５０４１５０号公報
【特許文献２】特開２００５―２９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９に示すような軸封室８４に潤滑油が封入された水中ポンプ８０は、経時的に潤滑油が劣化したり、メカニカルシール９１から軸封室８４内に漏洩した水によって潤滑油が徐々に希釈され潤滑の効果が低下するため、定期的に潤滑油を交換する必要がある。
【０００９】
潤滑油の注入量は、多すぎると軸封室８４の内圧が上昇しメカニカルシール９１，９２を破損する虞があり、少なすぎるとメカニカルシール９２が焼き付く、もしくは、寿命が短くなるため、適量を注入する必要がある。また、排出した潤滑油は環境汚染を招かないように廃棄する作業が必要であり、潤滑油の交換作業自体が非常に煩雑であった。
【００１０】
さらに、水中ポンプ８０は、メカニカルシール９１が破損すると軸封室８４に封入された潤滑油が外部に漏れ出し環境を汚染する虞があった。
【００１１】
また、潤滑油の注入、排出のために、ポンプケーシング８３の周壁部外面と軸封室８４を連通する注入通路９３、排出通路９４や、軸封室８４内の空気を抜くための空気通路９５を備える必要があるため、構造が複雑なものとなっていた。
【００１２】
特許文献１に記載の水中ポンプも上述の水中ポンプ８０と同様に、潤滑油の交換作業が煩雑であるという問題と、潤滑油が外部に漏れ出し環境を汚染する虞があるという問題が予想される。
【００１３】
特許文献２に記載される水中ポンプは、ガス供給装置１から供給されるガスにより電動機室９や軸封室４のような気密部分の気圧を外部より高く維持することで、メカニカルシールのような軸封機構及び軸封機構の潤滑油を用いなくても、電動機室９や軸封室４に水が浸入することを防止できるように構成されている。
【００１４】
しかし、地上に設置したガス供給装置１から該水中ポンプまでホースや配管２を配設する必要があるので設備費が余分にかかるという問題があった。また、ホースや配管２は水中に配設されるため、水流や、水中の異物の衝突により破損する虞があった。
【００１５】
また、ガス供給装置１は、ガスを電動機室９または軸シール室４内に、ポンプの最大設置水深の水圧より高い圧力で、かつ、運転中に暖まったポンプが停止後冷却されるときは、電動機室９内のガスが収縮する速度を上回る量のガスを注入する必要があるため、水中ポンプの設置される水深に応じて大型のコンプレッサが必要となり設備費及び運転費が高くなるという問題があった。
【００１６】
なお、特許文献２には、短時間の気密性維持のために、オイルシール等を設けることもある旨が記載されているが、ガスにより電動機室９または軸シール室４を常時加圧するため、オイルシール等の潤滑に必要な水や油の薄膜が得られず、摺動部分の発熱、摩耗の問題があった。
【００１７】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、軸封機構の潤滑油が不要で、安価な水中回転機器を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の目的を達成するため、本発明による水中回転機器の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、出力軸に連結された羽根車を回転駆動する電動機が収容された電動機室と、前記電動機室と前記羽根車との間に設けられた軸封室とを備え、前記軸封室が前記出力軸のうち前記羽根車側に設けられた第一軸封機構と前記電動機室側に設けられた第二軸封機構とによって軸封されるとともに、前記軸封室に潤滑油が封入されていない水中回転機器であって、前記軸封室が、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気を結露させる飽和蒸気室として機能するように、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気の結露を促進する熱交換機構を前記軸封室に備えて構成されている点にある。
【００１９】
上述の構成によれば、軸封室は、第一軸封機構から軸封室に浸入した蒸気を結露させる飽和蒸気室として機能するので、第一軸封機構から軸封室に浸入した蒸気は軸封室内で結露する。よって、軸封室に浸入した蒸気が第二軸封機構を介して電動機室に浸入し、軸受を腐食したり、電動機の絶縁を劣化させる虞を低減できる。熱交換機構は、第一軸封機構から軸封室に浸入した蒸気の結露を促進させるので、軸封室に浸入した蒸気が電動機室に浸入する虞をより低減できる。なお、結露水は第一軸封機構の潤滑と冷却に利用することができるとともに、第一軸封機構を介して軸封室に浸入してくる蒸気を捕捉し、前記蒸気が第二軸封機構を介して電動機室に浸入する虞を低減できる。
【００２０】
仮に、第一軸封機構が破損して軸封室に水が浸入するような場合があっても、第二軸封機構によって水が電動機室へ浸入することを防止できるため、電動機が漏電するような虞を低減できる。
【００２１】
第一軸封機構は、メカニカルシールが好ましく用いられ、潤滑と冷却は周囲の水により行われる。第二軸封機構は、潤滑油による潤滑と冷却の必要のない軸封機構、例えば無注水方式のメカニカルシールや、オイルシール、Ｖリング、端面摺動型ゴムシール等が好ましく用いられる。
【００２２】
軸封室は出力軸のうち羽根車側に設けられた第一軸封機構と電動機室側に設けられた第二軸封機構とによって軸封され、第二軸封機構は潤滑油を必要としないので、潤滑油の定期的な交換作業や、交換済みの潤滑油の廃棄作業の必要がなくなる。さらに、例えば、第一軸封機構が破損しても、潤滑油が水中に漏れ出し環境を汚染する虞がなくなる。また、潤滑油を必要としないため、軸封室に連通する潤滑油の注入通路、排出通路、空気通路を形成する必要がなくなるので構造が簡素化できる。
【００２３】
水中回転機器として、軸流ポンプ、斜流ポンプ、渦巻きポンプ等の水中ポンプや、水中ミキサが好ましい適用対象となる。
【００２４】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記軸封室の周壁部外面が前記羽根車から吐出された水の流路に接するように構成されている点にある。
【００２５】
上述の構成によれば、軸封室の周壁部外面が羽根車から吐出された水によって冷却されるため、浸入した蒸気の結露が軸封室に備えた熱交換機構により一層促進される。
【００２６】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記熱交換機構は、前記軸封室の周壁部内面から前記出力軸に向けて延出形成され、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気をその表面で結露させる単一または複数の放熱板で構成されている点にある。
【００２７】
上述の構成によれば、熱交換機構は、軸封室の周壁部内面から前記出力軸に向けて延出形成された単一または複数の放熱板により構成されているので、熱交換機構の表面積が増えるために蒸気は放熱板と接触しやすくなり、より確実に結露しやすくなる。なお、熱伝導の観点から、放熱板は軸封室の周壁部と一体形成することが好ましい。
【００２８】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記熱交換機構は、前記出力軸の軸芯から放射状となるように、前記軸封室の周壁部内面から前記出力軸に向けて延出形成され、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気をその表面で結露させる複数の放熱板で構成されている点にある。
【００２９】
上述の構成によれば、熱交換機構は、出力軸の軸芯から放射状となるように、前記軸封室の周壁部内面から前記出力軸に向けて延出形成された複数の放熱板により構成されているので、熱交換機構の表面積が増えて蒸気は放熱板と接触しやすくなり、より確実に結露しやすくなる。なお、熱伝導の観点から、放熱板は軸封室の周壁部と一体形成することが好ましい。
【００３０】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、前記複数の放熱板の表面が、前記出力軸の軸芯方向に沿って対向するように配置されている点にある。
【００３１】
上述の構成によれば、複数の放熱板の表面が、出力軸の軸芯方向に沿って対向するように配置されているので、第一軸封機構から軸封室に浸入した蒸気は、放熱板の表面に沿って第二軸封機構側へと移動することとなる。蒸気が第一軸封機構側から第二軸封機構側へと移動するまでの放熱板との接触時間がより長くなるため結露しやすくなる。
【００３２】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、前記複数の放熱板の表面が、前記出力軸の軸芯方向と交差する方向に沿って対向するように配置されている点にある。
【００３３】
上述の構成によれば、複数の放熱板の表面が、出力軸の軸芯方向と交差する方向に沿って対向するように配置されているので、第一軸封機構から軸封室に浸入した蒸気は電動機室側の第二軸封機構側への移動が妨げられ放熱板に接触することで結露しやすくなる。
【００３４】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第三から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記軸封室は、結露水を室外に排水する開閉可能なドレン機構を備え、前記放熱板は、その表面の結露水を前記ドレン機構に向けて案内する案内板となるように、前記ドレン機構に向けて傾斜する傾斜面を備えている点にある。
【００３５】
上述の構成によれば、放熱板の表面の結露水は、ドレン機構に向けて案内する案内板となるようにドレン機構に向けて傾斜する傾斜面に沿ってドレン機構に導かれる。軸封室内に溜まった結露水は軸封室を分解することなくドレン機構から室外に排水することができる。
【００３６】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第七特徴構成に加えて、前記ドレン機構に逆止弁を備えるとともに、前記軸封室に加圧用ガスを供給するガス供給機構を備えて、前記ガス供給機構により前記軸封室に貯留された結露水を前記逆止弁を介して排水するように構成されている点にある。
【００３７】
上述の構成によれば、ガス供給機構が供給する加圧用ガスにより軸封室内を加圧してドレン機構に備えた逆止弁を開き、軸封室に貯留された結露水を確実に排水することができる。さらに、例えば、地上に設置したガス供給機構からホースや配管により軸封室に加圧用ガスを供給することで、水中回転機器を水没させたまま、軸封室に貯留された結露水を排水することもできる。
【００３８】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記軸封室に、結露水が所定量に達したことを検知する水位センサを備えている点にある。
【００３９】
上述の構成によれば、軸封室に水位センサを備えているので、水中回転機器を地上に引き上げて作業員が確認しなくても、軸封室に溜まった結露水が所定量に達していることがわかる。また、結露水の貯留されるペースが、予め想定されるペースより早ければ、第一軸封機構が破損して軸封室に水が浸入していることがわかる。水位センサは、フロート式や、電極式が好ましく用いられる。
【００４０】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの特徴構成に加えて、前記出力軸が鉛直姿勢で設置され、前記第一軸封機構に結露水が接するように、前記軸封室の底面のうち前記出力軸の周囲に凹部が形成されている点にある。
【００４１】
上述の構成によれば、軸封室の底面のうち出力軸の周囲に凹部が形成されているので、結露水は凹部に溜まり第一軸封機構に接し、第一軸封機構の潤滑と冷却を助けるとともに、第一軸封機構を介して軸封室に浸入してくる蒸気を捕捉し、前記蒸気が第二軸封機構を介して電動機室に浸入する虞を低減できる。
【００４２】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第一から第十の何れかの特徴構成に加えて、前記出力軸が鉛直姿勢で設置され、結露水が前記出力軸に沿って貯留されるように、前記出力軸の周囲に貯水壁を備えている点にある。
【００４３】
上述の構成によれば、出力軸の周囲に貯水壁を備えているので、結露水は貯水壁内に溜まり第一軸封機構に接し、第一軸封機構の潤滑と冷却を助けるとともに、第一軸封機構を介して軸封室に浸入してくる蒸気を捕捉し、前記蒸気が第二軸封機構を介して電動機室に浸入する虞を低減できる。
【００４４】
同第十二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第一から第十一の何れかの特徴構成に加えて、前記軸封室に、前記出力軸の回転に伴なって回転する攪拌羽根を備え、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気を前記攪拌羽根により前記熱交換機構に向けて案内するように構成されている点にある。
【００４５】
上述の構成によれば、攪拌羽根の回転により軸封室内に気流を発生させて、第一軸封機構から軸封室に浸入した蒸気を熱交換機構に向けて案内するので、軸封室に浸入した蒸気は気流にのって熱交換機構に案内され結露することになる。また、攪拌羽根が発生した気流そのものによって熱交換機構は冷却され、蒸気は冷却された熱交換機構に接触するので、より結露しやすくなる。攪拌羽根は、出力軸の回転に伴なって回転するので、攪拌羽根を回転させるための駆動機構を新たに備える必要がない。
【００４６】
同第十三の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第十二特徴構成に加えて、前記攪拌羽根は、前記第一軸封機構から前記軸封室に浸入した蒸気を、前記軸封室の内壁面のうち前記第二軸封機構より電動機側で前記出力軸を保持する軸受近傍に案内するように構成されている点にある。
【００４７】
上述の構成によれば、攪拌羽根が発生する気流は、軸封室の内壁面のうち前記第二軸封機構より電動機側で前記出力軸を保持する軸受近傍を冷却することで、電動機室内の温度上昇や出力軸の回転による摩擦によって発熱している軸受を間接的に冷却できるので、軸受の熱膨張による摩擦抵抗を低減できる。また、発熱によって軸受の潤滑油の粘度が低下すると、油膜形成が不十分となり異常磨耗や、焼き付きが発生する虞があるが、上述のように、軸受を冷却することができるので、そのような不具合を回避することができる。よって、同じ軸受でより電動機の高速回転に対応することができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明した通り、本発明によれば、軸封機構の潤滑油が不要で、安価な水中回転機器を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による斜流ポンプの概略図
【図２】（ａ）は斜流ポンプの第一説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ端面図
【図３】（ａ）は斜流ポンプの第二説明図、（ｂ）は斜流ポンプの第三説明図
【図４】（ａ）は斜流ポンプの第四説明図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ端面図
【図５】（ａ）は斜流ポンプの第五説明図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ端面図、（ｃ）は、出力軸の軸芯と放熱板のなす角度の説明図
【図６】（ａ）は斜流ポンプの第六説明図、（ｂ）は斜流ポンプの第七説明図
【図７】（ａ）は斜流ポンプの第八説明図、（ｂ）は斜流ポンプの第九説明図
【図８】（ａ）は別実施形態を示す放熱板の説明図、（ｂ）は別実施形態を示す放熱板の説明図
【図９】従来の水中ポンプの説明図
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明による水中回転機器の実施形態を説明する。
【００５１】
給水または排水に用いられる水中回転機器の一例としての立軸の斜流ポンプ１は、図１に示すように、電動機４が収容された電動機室５と、電装品等が収容され、給電ケーブル１１が固定された電動機カバー１２と、給電ケーブル１１と電装品が接続される接続室３５と、電動機４の出力軸２に連結された羽根車３が収容され、下部に吸込口１５を備えた吸込ベル３６と、電動機室５と羽根車３との間に設けられた軸封室６と、軸封室６と吐出口１６を備え吸込ベル３６に接続されたポンプケーシング１３を備えている。地上に設置された制御盤からの電力が給電ケーブル１１を介して電動機４に供給され、電動機４が羽根車３を回転させる。
【００５２】
ポンプケーシング１３は、上部に吐出口１６が形成され、ポンプケーシング１３の内壁部１３ａに周方向に配置された４枚の案内羽根１７を介して、中空の軸封室６と鋳造により一体形成され、内壁部１３ａと軸封室６の周壁部外面６ａとの間に形成される空間が水の流路１４となるように構成されている。
【００５３】
電動機４の出力軸２は、電動機室５の下部に備えられた下部ブラケット１８に設置された下部軸受１９と、電動機室５の上部に備えられた上部ブラケット２０に設置された上部軸受２１により鉛直方向の軸芯ＣＬ周りに回転自在に支持され、出力軸２の下部は軸封室６を上下方向に貫通して配置され、その下端部に羽根車３が連結されている。
【００５４】
下部軸受１９、上部軸受２１はそれぞれ転がり軸受や滑り軸受等の無注水軸受で構成されている。これにより、軸受の潤滑水及び潤滑水の注水機構や、潤滑油及び潤滑油の注油機構が不要となっている。
【００５５】
電動機４の出力軸２が羽根車３を回転駆動すると、水は、吸込ベル３６の吸込口１５から吸い込まれ、案内羽根１７により案内され、吐出口１６から吐出され、ポンプケーシング１３の外周に配置された吐出配管２２に吐出される。
【００５６】
軸封室６は、出力軸２のうち羽根車３側に設けられた第一軸封機構７と電動機室５側に設けられた第二軸封機構８とによって軸封されている。
【００５７】
電動機室５は、第一軸封機構７と第二軸封機構８により、二重に軸封されており、水が入らないように構成されている。
【００５８】
第一軸封機構７は、メカニカルシールで構成されている。メカニカルシール（第一軸封機構７）は、回転環７ａと固定環７ｂで構成され、回転環７ａは出力軸２に固定され出力軸２の回転とともに回転し、軸封室６側にＯリング７ｃを介して固定された固定環７ｂとの接触面でシール面を形成する。回転環７ａと出力軸２の間はＯリング７ｄにより、漏れを防止するように構成されている。Ｏリング７ｄは、出力軸２の振動や偏心に応じて変形し、回転環７ａと出力軸２との緩衝の役目と漏れを防止する。
【００５９】
さらに、メカニカルシール（第一軸封機構７）は、付勢部材としてのスプリング７ｅを備え、回転環７ａはスプリング７ｅにより固定環７ｂに付勢され、シール面は一定の接触状態が保たれる。なお、シール面は極めて微小な隙間をもち、薄い水膜が形成されている。メカニカルシール（第一軸封機構７）は、羽根車３側の水により潤滑と冷却される。
【００６０】
回転環７ａ、固定環７ｂは、カーボン、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、超硬合金、酸化クロムコーティングで構成され、Ｏリング７ｃ，７ｄは合成ゴム、合成樹脂等の弾性体が用いられる。
【００６１】
第二軸封機構８は、オイルシールで構成されている。オイルシール（第二軸封機構８）は、出力軸２の周囲に配置したリング状のリップ８ａをスプリング８ｂによって締め付け、リップ８ａ内周面と出力軸２外周面でシール面を形成する。このように、二重の軸封機構を備えることで、仮に、第一軸封機構７が破損して軸封室６に水が浸入するような場合があっても、第二軸封機構８によって水が電動機室５へ浸入することを防止できるため、電動機４が漏電するような虞を低減できるのである。
【００６２】
なお、第二軸封機構８は、無注水方式のメカニカルシールや、Ｖリング、端面摺動型ゴムシール等の軸封機構でもよい。潤滑剤による潤滑と冷却の必要のない軸封機構が好ましく用いられる。
【００６３】
このように、軸封室６は出力軸２のうち羽根車３側に設けられた第一軸封機構７によって軸封され、第二軸封機構８は潤滑油を必要としないので、潤滑油の定期的な交換作業や、交換済みの潤滑油の廃棄作業の必要がなくなる。さらに、例えば、第一軸封機構７が破損しても、軸封室６に潤滑油を使っていないために潤滑油が水中に漏れ出し環境を汚染する虞がなくなる。また、潤滑油を必要としないので、軸封室６に連通する潤滑油の注入通路、排出通路、空気通路を形成する必要がなくなるので軸封室６及びポンプケーシング１３の構造が簡単になり、安価に製造することができるのである。
【００６４】
以上のように、軸封室６は、第一軸封機構７により軸封されているが、第一軸封機構７のシール面の摺動摩擦などにより水が蒸発して、軸封室６に蒸気が浸入してくることがある。
【００６５】
そこで、軸封室６は、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気を結露させる飽和蒸気室として機能するように構成されている。
【００６６】
軸封室６の周壁部外面６ａは、ポンプケーシング１３と案内羽根１７を介して鋳造により一体形成され、流路１４を流れる水に接している。よって、周壁部外面６ａは、常に流路１４を流れる水によって冷却されている。つまり、軸封室６は水により冷却されており、軸封室６に浸入した蒸気は、軸封室６内で冷却され飽和温度以下となると結露するのである。
【００６７】
さらに、軸封室６には、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気の結露を促進する熱交換機構が備えられている。さらに、軸封室６の底部には、結露水を室外に排水する開閉可能なドレン機構９が形成されている。
【００６８】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、該熱交換機構は、軸封室６の周壁部内面６ｂから出力軸２に向けて水平に延出形成され、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気をその表面で結露させる放熱板２３で構成されている。放熱板２３は、中央に出力軸２を挿通する開口２３ａが形成された円盤状となっている。なお、開口２３ａは、出力軸２をギリギリ挿通できる大きさであったり、出力軸２の径に比べて十分な大きさであってもよい。
【００６９】
さらに、本実施形態では、熱交換機構は単一の放熱板２３で構成されているが、円盤状の放熱板を軸芯ＣＬ方向に２枚以上の複数備えて構成してもよい。放熱板の枚数を増やすと、熱交換機構の表面積が増えるため軸封室６はより冷却され、さらに蒸気は放熱板２３と接触しやすくなるので、より確実に軸封室６に浸入した蒸気を結露させることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、円盤状の放熱板２３で熱交換機構を構成したが、図８（ａ）に示すように、熱交換機構は、分割された半円盤状や、長方形、棒状などであってもよく、円盤状の放熱板に限定されるものではない。
【００７１】
放熱板２３は、鋳造により軸封室６の周壁部内面６ｂと一体形成され、軸封室６の周壁部に効率よく熱伝導するように構成されている。
【００７２】
放熱板２３の下面には、その表面の結露水をドレン機構９に向けて案内する案内板となるように、ドレン機構９に向けて傾斜する傾斜面２４が備えられている。放熱板２３の表面の結露水は、傾斜面２４の表面を伝って確実にドレン機構９に導かれるので結露水は排水されやすくなる。なお、放熱板２３のドレン機構９側の端部には、その上面の結露水を下面に通水する開口２３ｂが形成されている。
【００７３】
このように、軸封室６は、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気を結露させる飽和蒸気室として機能し、蒸気は軸封室６内で結露するので、軸封室６に浸入した蒸気がそのまま電動機室５に浸入して下部軸受１９や上部軸受２１を腐食したり、電動機４の絶縁を劣化させたり、電動機４が故障する虞を低減できるのである。なお、軸封室６の底部に溜まった結露水は第一軸封機構７の冷却に利用することができる。
【００７４】
さらに、軸封室６には、水位センサ１０が備えられている。水位センサ１０は、フロート式や、電極式が好ましく用いられる。
【００７５】
水位センサ１０は、軸封室６に溜まった結露水が所定量に達していることを検知すると、図示しない警報装置により作業員にその旨を報知するように構成されている。作業員は、当該警報を確認すると、斜流ポンプ１を引き上げてドレン機構９から軸封室６内の結露水を排水する。このように、水位センサ１０を備えることで、斜流ポンプ１を地上に引き上げて作業員が確認しなくても、軸封室６に溜まった結露水が所定量に達していることが検知できるのである。また、結露水の貯留されるペースが、予め想定されるペースより早ければ、第一軸封機構７が破損して軸封室６に水が浸入していることが予測できるのである。
【００７６】
なお、本実施形態では、水位センサ１０が放熱板２３の上面より上方に位置するように配置した構成について説明したが、放熱板２３に開口を形成して、水位センサ１０を該開口に挿通し、水位センサ１０が放熱板２３の下面より下方に位置するように配置される構成であってもよい。
【００７７】
さらに、軸封室６に備えた水位センサ１０に加えて、電動機室５内に、浸水センサを備えてもよい。例えば、軸封室６で結露しなかった蒸気が第二軸封機構８から電動機室５内へと浸入して結露したり、第一軸封機構７及び第二軸封機構８がともに故障したときに、電動機室５内に水が浸入していることが検知できる。
【００７８】
ドレン機構９は、ドレン機構９の排水口９ａに、逆止弁（図示せず）を備えるとともに、軸封室６に、地上からホースや配管を介して加圧用ガスを供給するガス供給機構を備えて、該ガス供給機構により軸封室６に貯留された結露水を該逆止弁を介して排水するように構成してもよい。
【００７９】
該ガス供給機構が供給する加圧用ガスにより軸封室６内を加圧してドレン機構９に備えた前記逆止弁を開き、軸封室６に貯留された結露水を確実に排水することができる。さらに、地上に設置したガス供給機構からホースや配管により軸封室６に加圧用ガスを供給することで、斜流ポンプ１を水没させたまた、軸封室６に貯留された結露水を外部に排水することもできる。なお、斜流ポンプ１が吸い込む水の水位が前記逆止弁以下の水位となると、軸封室６内の結露水の圧力により前記逆止弁が開き、結露水はドレン機構から自動的に排水される。
【００８０】
また、ドレン機構９の排水口９ａに地上からホースや配管を接続し、真空ポンプ等の吸引機構により結露水を吸引するように構成してもよい。
【００８１】
熱交換機構を構成する円盤状の放熱板は以下のように構成してもよい。なお、上述の図２（ａ），（ｂ）に示す実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【００８２】
図３（ａ）に示すように、放熱板２５は、その全体がその表面の結露水を軸封室６の底部に向けて案内する案内板となるように、軸封室６の底部に向けて傾斜する傾斜面で構成されている。詳述すると、放熱板２５の中央には出力軸２を挿通する開口が形成され、放熱板２５の上面は、軸封室６の周壁部内面６ｂから前記開口に向けて下方に傾斜する傾斜面で構成され、放熱板２５の下面は、前記開口から軸封室６の周壁部内面６ｂに向けて下方に傾斜する傾斜面で構成されている。
【００８３】
このように構成することで、放熱板２５の上面の結露水は、その上面を構成する傾斜面を伝って、中央の前記開口へと導かれて放熱板２５の下面側へ流れ、放熱板２５の下面の結露水は、その下面を形成する傾斜面を伝って、軸封室６の周壁部内面６ｂへ導かれ、軸封室６の底部へと導かれ、軸封室６の底部に溜まった結露水がドレン機構９に導かれるのである。
【００８４】
さらには、図３（ｂ）に示すように、放熱板２６は、その全体がその表面の結露水をドレン機構９に向けて案内する案内板となるように、ドレン機構９に向けて傾斜する傾斜面で構成してもよい。詳述すると、放熱板２６は、ドレン機構９に近いほうが低く、遠いほうが高くなるように傾斜して構成されている。放熱板２６の中央には出力軸２を挿通する開口が形成され、ドレン機構９側の端部には、その上面の結露水を下面に通水する開口２６ａが形成されている。
【００８５】
このように、放熱板２６は全体がドレン機構９に向けて傾斜しているので、放熱板２６の表面の結露水は、その表面を伝って確実にドレン機構９に導かれるのである。
【００８６】
また、熱交換機構を構成する放熱板を以下のように構成してもよい。なお、上述の図２（ａ），（ｂ）に示す実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【００８７】
図４（ａ）に示すように、熱交換機構は、出力軸２の軸芯ＣＬから放射状となるように、軸封室６の周壁部内面６ｂから出力軸２に向けて軸芯ＣＬ方向に幅をもって延出形成され、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気をその表面で結露させる複数の放熱板２７で構成されている。
【００８８】
図４（ｂ）に示すように、軸封室６には、円周方向に４５度毎に合計８枚の放熱板２７が軸芯ＣＬから放射状となるように、かつ、放熱板２７の表面は、出力軸２の軸芯ＣＬ方向に沿って対向するように軸芯ＣＬのまわりに配置されている。本実施形態では、放熱板２７が８枚であるが、放熱板２７は２枚以上の適当な枚数、例えば、４枚や６枚であってもよい。なお、水位センサ１０は、隣接する放熱板２７の対向面の間の適当な位置に配置されている。また、図８（ｂ）に示すように、放熱板２７は軸芯ＣＬに沿って対向していなくてもよい。
【００８９】
このように放熱板２７を構成することで、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気は、放熱板２７の表面に沿って、電動機室５側の第二軸封機構８へと移動することとなる。蒸気が第一軸封機構７側から第二軸封機構８側へと移動するまでの放熱板２７との接触時間が長くなるため結露しやすくなるのである。なお、放熱板２７は、軸封室６の底面から上端にかけて形成されてもよい。この構成であれば、蒸気と放熱板２７との接触時間はより長くなり、さらに結露しやすくなる。
【００９０】
また、熱交換機構を構成する放熱板を出力軸２の軸芯ＣＬから放射状となるように配置するにあたり、図５（ａ），（ｂ）に示すように、放熱板２８の表面が、出力軸２の軸芯ＣＬ方向と所定の角度、例えば図５（ｃ）に示すように、７５度で交差する方向に沿って対向するように配置してもよい。なお、前記角度は、０度より大きく９０度以下の範囲で設定されている。なお、放熱板２８と軸芯ＣＬのなす角度を交互に違えて設定してもよく、また放熱板２８毎に軸芯ＣＬとのなす角度を違えて設定しても良い。
【００９１】
また、放熱板２８は、軸芯ＣＬの周方向に隙間をあけて、例えば、図５（ｂ）の放熱板２８を一枚おきに配置してもよい。さらに、軸芯ＣＬ方向に複数段配置してもよく、この場合は、熱交換機構の表面積が増えるため、蒸気はより結露しやすくなる。
【００９２】
また、軸封室６は以下のように構成してもよい。なお、上述の図２（ａ），（ｂ）に示す実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【００９３】
図６（ａ）に示すように、軸封室６の底面のうち出力軸２の周囲に、軸封室６内で結露した結露水を貯留する円柱状の凹部３０を形成し、凹部３０に貯留された結露水が確実に第一軸封機構７に接するように構成されている。熱交換機構を構成する放熱板２９は、表面の結露水を凹部３０に案内するように、軸封室６の周壁部内面６ｂから凹部３０側にかけて下方に傾斜するように構成することが好ましい。
【００９４】
上述の構成によれば、結露水は凹部３０に溜まり第一軸封機構７に接し、第一軸封機構７の冷却を助けるとともに、第一軸封機構７を介して軸封室６に浸入してくる蒸気を捕捉し、前記蒸気が第二軸封機構８を介して電動機室５に浸入する虞を低減できる。
【００９５】
図６（ｂ）に示すように、結露水が出力軸２に沿って貯留されるように、出力軸２の周囲に、円筒状の貯水壁３１を備えてもよい。
【００９６】
上述の構成によれば、結露水は貯水壁３１内に溜まり第一軸封機構７に接し、第一軸封機構７の冷却を助けるとともに第一軸封機構７を介して軸封室６に浸入してくる蒸気を捕捉し、前記蒸気が第二軸封機構８を介して電動機室５に浸入する虞を低減できる。
【００９７】
また、図６（ａ）に示す凹部３０と、図６（ｂ）に示す貯水壁３１をともに軸封室６に備える構成であってもよい。
【００９８】
さらに、図７（ａ）に示すように、軸封室６に、出力軸２の回転に伴なって回転する攪拌羽根３４を備えてもよい。攪拌羽根３４は、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気を熱交換機構として機能する放熱板３２に向けて案内するように出力軸２の回転方向に応じて設置されている。放熱板３２は、中央に出力軸２を挿通する開口が形成された円盤状となっている。
【００９９】
上述の構成によれば、攪拌羽根３４の回転により軸封室６内に気流を発生させて、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気を熱交換機構としての放熱板３２に向けて案内するので、蒸気は積極的に放熱板３２に衝突させられ結露することになる。また、攪拌羽根３４により発生した気流そのものが、放熱板３２により冷却されるので、軸封室６の中の温度が下がり蒸気が結露しやすくなる。なお、攪拌羽根３４は、出力軸２の回転に伴なって回転するので、攪拌羽根３４を回転させるための駆動機構を別に備える必要がない。
【０１００】
また、図７（ｂ）に示すように、軸封室６に攪拌羽根３４を備える場合は、攪拌羽根３４が、第一軸封機構７から軸封室６に浸入した蒸気を、軸封室６の内壁面のうち第二軸封機構８より電動機４側で出力軸２を保持する下部軸受１９近傍に案内するように構成してもよい。放熱板３３は、円周方向に４５度毎に軸芯ＣＬから放射状となるように、かつ、放熱板３３の表面が、出力軸２の軸芯ＣＬ方向に沿って対向するように配置されている。なお、放熱板３３は、攪拌羽根３４が発生させる気流を妨げない形状や、気流を案内する形状に構成したり、位置に配置にすることが好ましい。
【０１０１】
攪拌羽根３４の回転により発生した気流を下部軸受１９に向け、下部軸受１９周辺で結露をしやすくすることで、電動機室５内の温度上昇や出力軸２の回転による摩擦によって発熱している下部軸受１９を間接的に冷却できるので、下部軸受１９の熱膨張による摩擦抵抗を低減できる。また、発熱によって下部軸受１９の潤滑油の粘度が低下すると、油膜形成が不十分となり軸受の異常磨耗や、焼き付きが発生する虞があるが、上述のように、下部軸受１９を冷却することができるので、そのような不具合を回避することができる。よって、同じ軸受でより電動機の高速回転に対応することができる。
【０１０２】
さらに、攪拌羽根３４の回転により軸封室６内に、軸封室６の底部に向かう気流を発生させ、軸封室６の底部で蒸気を直接結露させ、貯留してもよい。
【０１０３】
上述の何れの実施形態でも、放熱板は平板として説明したが、表面に凹凸を有していてもよい。放熱板の表面に凹凸を有することで、表面積が増え、蒸気はより結露しやすくなる。
【０１０４】
上述の何れの実施形態でも、熱交換機構として放熱板を備えた構成について説明したが、熱交換機構は、軸封室の内部に配設され、軸封室外周の水を通水可能な冷却配管で構成してもよい。冷却配管には、水中ポンプにより揚水される水の一部が通水され、配管表面を冷やし、軸封室に浸入した蒸気が配管表面で結露するのである。また、放熱板や、冷却配管を備えずに、軸封室の周壁部内面６ｂそのものを熱交換機構としてもよい。
【０１０５】
上述した実施形態では、水中回転機器が、出力軸が鉛直方向に配置された立軸の斜流ポンプについて説明したが、出力軸が水平方向に配置された横軸の斜流ポンプであってもよい。また、斜流ポンプに限らず、軸流ポンプ、遠心ポンプ等の水中ポンプであってもよい。さらに、該水中ポンプは、上水、下水、工業用水等様々な分野で給水または排水に用いられる水中ポンプに適用することができる。
【０１０６】
また、水中回転機器は水中ポンプに限らない。水槽内に設置され、水を撹拌する羽根車と、羽根車を回転させる電動機との間に軸封室を備えた水中ミキサであってもよい。出力軸に連結された羽根車を回転駆動する電動機が収容された電動機室と、前記電動機室と前記羽根車との間に設けられた軸封室とを備え、前記軸封室が前記出力軸のうち前記羽根車側に設けられた第一軸封機構と前記電動機室側に設けられた第二軸封機構とによって軸封されている水中回転機器であればよい。
【０１０７】
上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０８】
１：斜流ポンプ
２：出力軸
３：羽根車
４：電動機
５：電動機室
６：軸封室
６ａ：周壁部外面
６ｂ：周壁部内面
７：第一軸封機構
７ａ：回転環
７ｂ：固定環
７ｃ：Ｏリング
７ｄ：Ｏリング
７ｅ：スプリング
８：第二軸封機構
８ａ：リップ
８ｂ：スプリング
９：ドレン機構
９ａ：排水口
１０：水位センサ
１１：給電ケーブル
１２：電動機カバー
１３：ポンプケーシング
１４：流路
１５：吸込口
１６：吐出口
１７：案内羽根
１８：下部ブラケット
１９：下部軸受
２０：上部ブラケット
２１：上部軸受
２２：吐出配管
２３：放熱板
２３ａ：開口
２３ｂ：開口
２４：傾斜面
２５：放熱板
２６：放熱板
２７：放熱板
３０：凹部
３１：貯水壁
３２：放熱板
３３：放熱板
３４：攪拌羽根
３５：接続室
３６：吸込ベル
【図１】
0005567418.tif 000002
【図２】
0005567418.tif 000003
【図３】
0005567418.tif 000004
【図４】
0005567418.tif 000005
【図５】
0005567418.tif 000006
【図６】
0005567418.tif 000007
【図７】
0005567418.tif 000008
【図８】
0005567418.tif 000009
【図９】
0005567418.tif 000010