(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部にモータ及びモータの回転子を挟んで上下に主軸を支承するための軸受けを備えたモータ部を有し、下部にポンプ部を有し、前記モータ部とポンプ部の間にメカニカルシールを設置して成る水中ポンプにおいて、
下部軸受けとメカニカルシールの間に、前記下部軸受けから流出するグリースの溜り部を形成し、前記グリースが直接前記メカニカルシールの摺動面に流れ出さないようにしたことを特徴とする水中ポンプ。
【請求項２】
下部メカニカルシールの主軸の軸径よりも上部メカニカルシールの主軸の軸径を大きくすることで前記主軸に段付部を形成し、且つ下部メカニカルシールのベローズの上端と該段付部との軸方向間隔を小さく保持したことを特徴とする請求項１記載の水中ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビルの地下の雑排水槽や水処理装置の汚水槽に設置して、汚水の排水のために用いられる汚水用等の水中ポンプに係り、特にメカニカルシール、及びメカニカルシール室の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の一般的な汚水用水中ポンプの構造を示すものである。同図に示すように、この水中ポンプは、ポンプ部１とモータ部２、及びメカニカルシール部３から主に構成され、これらの内部にモータ部２の動力をポンプ部１に伝える主軸４が挿通されている。
【０００３】
前記ポンプ部１は、ポンプケーシング５と中間ケーシング６と羽根車７から主に構成され、この羽根車７は前記主軸４の下端にこれと一体に回転するように連結されている。中間ケーシング６の上方には、下部ブラケット８が固定されており、この下部ブラケット８の内部がメカニカルシール室９になっている。
【０００４】
前記モータ部２は、モータフレーム１０と、このモータフレーム１０内に固定されたステータ１１と、前記主軸４に固定されて前記ステータ１１内に設置されたロータ１２とから主に構成されている。また、モータ部２には、主軸４を回転自在に支承する上部軸受１３と下部軸受１４がロータ１２を挟んで上下に設けられている。
【０００５】
そして、前記メカニカルシール室９の内部には、ポンプ部１側の圧力水が漏れてモータ部２内へと浸入するのを防ぐためにメカニカルシール２０が設けられている。このメカニカルシール２０の詳細を図５に示す。なお、メカニカルシール室９には、メカニカルシール２０の摺動面の潤滑と冷却とを行う潤滑油が封入されているとともに、この潤滑油の上部には、シールの摺動発熱等による潤滑油の異常圧力上昇を防止するため、空間が残されている。
【０００６】
このメカニカルシール２０は、いわゆるモノコイルダブルシール形式を採用したもので、同図に示すように、共にメイティングリング２２、シールリング２３及びベローズ２４を備え、このベローズ２４の端面を互いに対面させつつ主軸４の回りに上下に配置された上部シール部２１ａと下部シール部２１ｂとを有し、この両シール部２１ａ，２１ｂ間に、メイティングリング２２とシールリング２３との各摺動面に面圧を付与するコイルスプリング２５を介装して構成されている。
【０００７】
ここに、この種の汚水用水中ポンプにあっては、一定サイズの異物を吸い込んでも排出できるようにするため、羽根車７の出口幅を大きくすることが好ましいが、このように羽根車７の出口幅を大きくすると、羽根車７内及びポンプケーシング５内の圧力分布の不均一に起因する径方向スラスト力がその分大きくなる。
【０００８】
即ち、一般にポンプ羽根車で発生する径方向スラスト力Ｆｒは下式で表せる。
Ｆｒ＝０．３６・（１−（Ｑ／Ｑｂｅｐ）２）・（ρ・ｇ・Ｈ）・Ｄ２・Ｂ２’・１０−６
ここで、  Ｆｒ    ：径方向スラスト力［Ｎ］
Ｑ      ：運転点水量
Ｑｂｅｐ：最高効率点水量
ρ      ：液体の密度＝１０００［ｋｇ／ｍ３］
ｇ      ：重力加速度＝９．８０６［ｍ／ｓ２］
Ｈ      ：ポンプ揚程［ｍ］
Ｄ２      ：羽根車外径［ｍｍ］
Ｂ２’    ：羽根車総幅［ｍｍ］
【０００９】
そこで、前述のように、汚水中に含まれる異物が羽根車７内で閉塞を起こさないように、通路の大きな羽根車７を採用すると、羽根車幅Ｂ２’が一般に大きくなり、加えて羽根車幅Ｂ２’が大きくなると揚水量が大きくなって、径方向スラスト力Ｆｒが増大する。このため、主軸４のたわみ量を必要値以下にするためには、どうしても主軸４の軸径を大きくする必要があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のように、主軸の軸径を単純に大きくしてラジアルスラスト力に耐え得るようにすると、これに伴ってメカニカルシールの径が大きくなり、この摺動面の周速が大きくなって、発熱も大きくなるばかりでなく、摺動面からの漏れ量も増大して、ポンプの寿命を低下させてしまう。
【００１１】
また、ポンプ部の圧力で下方シール部が上方に持ち上げられて該下部シール部のベローズが上方向に変形しながら移動し、このベローズの変形によって摺動異常が発生して漏れ量が増大してしまい、このため、揚程の高いポンプには使えなかった。
【００１２】
更に、下部軸受から流出するグリースが上部シール部の摺動面間に流れ込み、この結果、摺動発熱が増大し摩耗に至ることがあった。特に、上部シール部は、汚水に接しないため比較的低価格で摺動性の良いカーボンとセラミックスでシールリングとメイティングリングをそれぞれ構成することが一般的であり、摺動面へのグリースの混入は、大きな異常発生の原因となっていた。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、メカニカルシールの下部シール部での漏洩量を増大させることなく、剛性の高い主軸を実現するとともに、下部シール部のベローズの変形を極力防止することができ、また、軸受から流出するグリースが直接上部シール部の摺動面に到達しないようにした水中ポンプを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の水中ポンプは、上部にモータ及びモータの回転子を挟んで上下に主軸を支承するための軸受けを備えたモータ部を有し、下部にポンプ部を有し、前記モータ部とポンプ部の間にメカニカルシールを設置して成る水中ポンプにおいて、下部軸受けとメカニカルシールの間に、前記下部軸受けから流出するグリースの溜り部を形成し、前記グリースが直接前記メカニカルシールの摺動面に流れ出さないようにしたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成した本発明によれば、ポンプ運転による軸受の発熱等によって軸受に封入されたグリースが流出しても、このグリースは、仕切壁に設けたグリース溜り部内に溜り、これによって、メカニカルシールの上部シール部の摺動面にグリースが混入して過大な摺動発熱とそれに伴う摺動部の異常摩耗が生じてしまうことを防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明の他の態様の水中ポンプは、下部メカニカルシールの主軸の軸径よりも上部メカニカルシールの主軸の軸径を大きくすることで前記主軸に段付部を形成し、且つ下部メカニカルシールのベローズの上端と該段付部との軸方向間隔を小さく保持したことを特徴とする。
【００１７】
このように構成した本発明によれば、メカニカルシールの上部シール部を主軸の大径部の回りに配置することによって、主軸としての十分な剛性を確保し、同時に、下部シール部を主軸の小径部の回りに配置することによって、ここでの漏れ量を少なくすることができる。しかも、下部シール部のベローズの上端を主軸の段部に近接させることによって、このベローズの上方への移動を主軸の段部で規制して、この変形を極力防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、汚水用水中ポンプに適用した本発明の実施の形態を図１乃至図３を参照して説明する。なお、前記図４及び図５に示す従来例と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００１９】
これらの図に示すように、この水中ポンプは、ポンプケーシング５と中間ケーシング６と羽根車７から主に構成されたポンプ部１、モータフレーム１０とステータ１１とロータ１２とから構成されたモータ部２、及びメカニカルシール部３とから主に構成され、これらの内部にモータ部２の動力をポンプ部１に伝える主軸４が挿通されている。そして、中間ケーシング６の上方に固定された下部ブラケット８の内部がメカニカルシール室９となっているとともに、モータ部２には、主軸４を回転自在に支承する上部軸受１３と下部軸受１４がロータ１２を挟んで上下に設けられている。
【００２０】
ここに、前記主軸４には、前記メカニカルシール室９の内部に位置して段部４ａが設けられ、この段部４ａの上方が直径ｄａの大径部４ｂと、下方が直径ｄｂの小径部４ｃとなっている。そして、このメカニカルシール室９内に上部シール部２１ａと下部シール部２１ｂとを有するメカニカルシール２０が収納されているのであるが、この上部シール部２１ａが前記主軸４の大径部４ｂの回りに、下部シール部２１ｂが主軸４の小径部４ｃの回りにそれぞれ配置されている。
【００２１】
即ち、上部シール部２１ａ及び下部シール部２１ｂは、共にメイティングリング２１と、これと相対し主軸４とともに回転するシールリング２２と、主軸４の表面からの漏れやシールリング２２の背面からの漏れを防ぐベローズ２３とを備えているのであるが、上部シール２１ａを構成するメイティングリング２１、シールリング２２及びベローズ２３は主軸４の大径部４ｂの回りに、下部シール部２１ｂを構成するメイティングリング２１、シールリング２２及びベローズ２３は主軸４の小径部４ｃの回りにそれぞれ配置されている。更に、下部シール部２１ｂのベローズ２３は、その上端が、前記主軸４の段差部４ａに近接するように、即ち、両者の隙間ｔが１ｍｍ以下となるように構成されている。
【００２２】
そして、両シール部２１ａ，２１ｂ間に、シールリング２３をメイティングリング２２にそれぞれ押し付けるためのコイルスプリング２５が介装されて、メカニカルシール２０が構成されている。このコイルスプリング２５は、両シール部２１ａ，２１ｂの外径の大きさに合わせて、その一部を円錐台状にした形状に形成されている。
【００２３】
このようにして、主軸４として、十分な剛性を有する大径のものを使用するとともに、主軸４の小径部４ｃに下部シール部２１ｂを配置することによって、この下部シール部２１ｂの摺動面の直径を小さくして、ここでの漏れ量を少なくすることができる。即ち、例えば主軸４の小径部４ｃの直径ｄｂを従来のこの主の水中ポンプに使用されている主軸の直径と等しくすることによって、ここでの漏れ量が増大してしまうことを防止しつつ、主軸４の大径部４ａを介して従来の一般的なこの種の水中ポンプの主軸よりその剛性を高めることができる。
【００２４】
ここに、揚程の高いポンプの場合には、コイルスプリング２５のばね力を水圧に見合って強くし、摺動材料として、より高いｐ・ｖ値に耐え得るものを使用することが一般に行われているが、下部シール部２１ｂのベローズ２４は水圧によって上方向へと押し上げられる。すると、このベローズ２４は、その上端が主軸４の段部４ａに近接しているため、この段部４ａに衝突して上方への動きが規制され、これによって、ベローズ２４の変形を極力防止して、摺動異常及びその結果としての漏れの増大を防止することができる。
【００２５】
前記下部ブラケット８の前記下部軸受１４の下方に位置してメカニカルシール室９を区画する仕切壁８ａには、前記下部軸受１４の直下方に位置して上方に開口した凹部８ｂが設けられ、この凹部８ｂによって、下部軸受１４から流出するグリースの下方への流下を防止するグリース溜め部３０が形成されている。
【００２６】
これにより、ポンプ運転による下部軸受１４の発熱等によって、この下部軸受１４に封入されたグリースが流出しても、このグリースは、仕切壁８ａに設けたグリース溜め部３０（凹部８ｂ）内に溜り、これによって、メカニカルシール２０の上部シール部２１ａの摺動面にグリースが混入して過大な摺動発熱とそれに伴う摺動部の異常摩耗が生じてしまうことを防止することができる。
【００２７】
なお、この例では、いわゆるモノコイルダブルシール方式を採用したメカニカルシールに適用した例を示しているが、これに限ることなく、例えばタンデムダブル方式等の他の方式を採用したメカニカルシールにも適用できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、メカニカルシールの下部シール部での漏れ量を増大させることなく、より高い剛性の主軸を実現することができ、これによって、ポンプの信頼性を向上させることができ、しかも、下部シール部のベローズの変形を極力抑えて、ポンプのより一層の高楊程化に資することができる。
【００２９】
更に、軸受から流出するグリースが直接メカニカルシールの上部シール部の摺動面に到達することを防止して、メカニカルシールの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】本発明の実施の形態の汚水用水中ポンプの要部を示す断面図。
【図２】同じく、図２の要部拡大図。
【図３】同じく、ポンプの全体構成を示す断面図。
【図４】従来の汚水用水中ポンプの一般的な構造を示す断面図。
【図５】図４のメカニカルシールを拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１    ポンプ部
２    モータ部
３    メカニカルシール部
４    主軸、
４ａ    同段部
４ｂ    同大径部
４ｃ    同小径部
７    羽根車
８    下部ブラケット
８ａ    同仕切壁
９    メカニカルシール室
１３    下部軸受
１４    上部軸受
２０    メカニカルシール
２１ａ    上部シール部
２１ｂ    下部シール部
２２    メイティングリング
２３    シールリング
２４    ベローズ
２５    コイルスプリング
３０    オイル溜め部
【図１】
0003578585.tif 000002
【図２】
0003578585.tif 000003
【図３】
0003578585.tif 000004
【図４】
0003578585.tif 000005
【図５】
0003578585.tif 000006