(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機一体型渦巻ポンプの軸系において、回転子や羽根車の質量、運転中の不平衡磁気力・流体力が為す曲げ撓みによる羽根車の偏芯を防止し、軸端側で羽根車を着・脱し、軸封シール故障時に水切鍔の機能を超える急増漏水の電動機内部への侵入を防止するポンプ軸及び軸周りの構造を提供する。【解決手段】ポンプ本体１のケーシングカバー１５に補助軸受１４を配し、軸端を支えて曲げ撓みを抑制し、羽根車押えネジ部に続き六角軸部１２を配し、軸端側から押えネジの締・緩を可能とし、軸封部のボス端部に溝を設けて軸の異径段を対向させ、軸封シールの漏水を該ボスと軸周との隙間で絞り且つ溝の内壁面と異径段面との隙間で半径方向に拡散し溝内で減勢してボス下に落下させ、水切鍔７に至る軸面水を局限する。【選択図】図１
0003164561.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電動機とポンプ本体をフランジ結合し且つ電動機軸を延長したポンプ軸に羽根車を配した電動機一体型渦巻ポンプにおいて、ポンプ本体の反電動機側のケーシングカバーに補助軸受を配しポンプ軸端を支えポンプ軸の曲げ撓みを抑制するよう構成した軸系。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機一体型渦巻ポンプにおいて、羽根車押えナット用ネジ部に続く六角軸部を配し、軸端側から押えナットと六角軸部にそれぞれスパナを掛け、押えナットの締・緩を可能に構成した軸系。
【請求項３】
請求項１に記載の電動機一体型渦巻ポンプにおいて、軸封部のボス端部内面に下部開放の溝及びポンプ軸の異径段を配し、該ボス内面と軸周及び該溝壁面と該異径段面をそれぞれ小隙間で対向させ、軸封部漏水を減勢・排出するよう構成した軸系。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、電動機とポンプ本体をフランジ結合し且つ電動機軸を延長したポンプ軸に羽根車を配して構成した電動機一体型渦巻ポンプの軸系すなわちポンプ軸及び軸周りの構造に係るものである。
【背景技術】
【０００２】  ［関連既発明］  本考案に係る電動機一体型渦巻ポンプは、既発明の「特願２００９−２４１１８５：電動機と一体型の渦巻ポンプ」（以下既発明１と呼ぶ）の単吸引口付電動機一体型横軸渦巻ポンプ及び「特願２００９−１６５３２７：渦巻ポンプ及びポンプユニット」（以下既発明２と呼ぶ）の双吸引口付電動機一体型渦巻横軸ポンプである。【０００３】  横軸渦巻ポンプは、吐出口が羽根車の直上且つ上向きのため、上記の既発明１及び既発明２の電動機一体型のポンプセット長半減且つ軸端側のケーシングカバーの直接開放可能の構造と相俟って、軸端側を操作・保守正面としてポンプ周りの同一鉛直面及びその直前・直後の小スペースに弁・管を集中配置且つ背面を電動機の保守点検の小スペースを採ってポンプセットを通路床下に収め、ポンプ上部に冷却器などの関連機器を立体配置した複合ユニットを構成し、設置スペースを著しく節減可能であるが、下記の問題を改善する必要がある。【０００４】「軸撓み・羽根車偏芯］  電動機一体型渦巻ポンプは、ポンプ軸が電動機軸受を共用且つ片持ちのため、縦軸機・横軸機とも、電動機の回転子の不平衡磁気力による該軸受支間の曲げ荷重が軸受支点撓み角を成すゲルバー梁として、羽根車の不平衡流体力を片持部の曲げ荷重とする軸撓みに影響し、不平衡磁気力と不平衡流体力が正反対方向に近い場合には軸受支点撓み角が片持部軸撓みに和方向に加わり、羽根車偏芯が増大する。【０００５】  横軸機では、回転子と羽根車の質量が上記と同様の軸撓み姿を為すが、両者の重力は上記の不平衡磁気力・流体力より小さく且つ同じ鉛直方向のため、軸受支点撓み角が片持ち部軸撓みを減じるよう働き、羽根車偏芯は軽微である。【０００６】  羽根車偏芯をｙ、重力径数をｇとすれば、回転速度ωｃ＝（ｇ／ｙ）＾０．５では羽根車偏芯ｙが自拡する危険速度となり、羽根車偏芯ｙが大きいと危険速度ωｃが低くなり、電動機の運転速度ωｍ＝２×π×Ｎｍ（Ｎｍ：毎秒回転数）に近い場合は羽根車偏芯ｙが自拡し、羽根車入口外周に微小隙間を採ってポンプ本体に装着のマウスリングが接触・焼付きのトラブルを起こす。【０００７】  ［羽根車の着・脱］  ポンプ本体の軸端側のケーシングカバーを開放してポンプ内部の点検と軸封シールの取替には、羽根車の押えナットの緩・締作業における羽根車の回り止め工具掛りが必要であるが、電動機一体型ポンプでは回転部品の開放部は軸端側のみであり、羽根車ボスに該工具掛りを設けるのは難しい。【０００８】  ［軸封・水切り］  羽根車と電動機との間には、ポンプ本体の軸貫通の軸封部及びその軸封部からの漏水を回転遠心力で飛ばして電動機に侵水を防止する水切り鍔を設けているが、軸封部のシール（メカニカルシール）の故障で漏水が急増すると水切り鍔の電動機側にも大量に散り、電動機の軸貫通部から軸受に侵入し電動機内部の電機部を湿気させる。【０００９】  電動機一体型渦巻ポンプでは、電動機とポンプ本体との間が狭く、水切り鍔周りの空間に手が入らないので、上記の漏水急増への対策が必要である。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】  以上述べた既発明の電動機一体型渦巻ポンプの問題を、軸系の機能強化を以って解決する。
【問題を解決するための手段】
【００１１】  ［軸撓み抑制］  軸を羽根車部より更に延長し、ポンプ本体のケーシングカバーにカーボンメタルの補助軸受を配して軸受支持点とし、軸系のゲルバー梁姿を３点支持の連続梁姿に替え、軸撓みを抑制する。
【００１２】  潤滑は軸封部と同様にポンプ吐出し側から圧力流体を導き、ポンプ本体内部で分岐・供給する構造が望ましい。
【００１３】  ［羽根車着・脱］  羽根車押えネジ部に続き六角軸部を設け、中空のボックススパナを同軸に配して押えナットと六角軸部に互いに逆方向トルクを与え、押えナットを緩・締する。
【００１４】  羽根車押えナット用スパナ（外スパナ）はケーシングカバー用ネジ穴を利用してポンプ本体に仮固定し、六角軸用スパナ（内スパナ）で軸全体を回すのが、スパナ構造が簡潔且つ押えナットの緩・締作業が容易である。
【００１５】  なお、羽根車ボス端面の２ヵ所にネジ穴を施し、引抜きボルトによる羽根車引抜きに供する。
【００１６】  ［漏水減勢・排出］  軸封部のボスの電動機側端部にＵ字溝を配し且つ下側を開放して排出管とし、電動機軸受内径に近い軸径から軸封シール内径への異径段をＵ字溝部の内径及び溝壁に小隙間を介して対向させ、軸封部漏水を絞り且つ半径方向に流れを変え、Ｕ字溝内で減勢し下部に排出するよう構成する。
【００１７】  軸面を這い出た弱勢漏水は水切鍔で遠心飛散し、電動機軸貫通部に侵入の微量漏水は軸受ハウジングの空間の底に配した水抜き穴で落水し、軸受及び電動機内部の湿気を防ぐ。
【考案の効果】
【００１８】  ［軸撓み抑制］  カーボンメタルを使用の補助軸受は、軸とのハメアイを全周隙間ｓを持つ平軸受の回転滑り嵌めとし、ｙ＜ｓ（ｙ：軸撓み）ではゲルバー梁的な軸撓みを許容し、ｙ≒＞ｓでは連続梁として軸撓みを抑制且つ補助軸受荷重を軽減する。
【００１９】  なお、ケーシングカバーのポンプ本体とのハメアイは隙間微小の止り嵌めのため、補助軸受は自然に軸芯保持されるので、ケーシングカバーの開放・閉蓋は容易である。
【００２０】  ［羽根車の脱・着］  軸端側から同軸のボックススパナを装入し、外スパナで押えナットをポンプケーシングに拘束して内スパナで六角軸を回わし、押えナットを緩め外した後、羽根車ボス端面のネジ穴にボルトを取付けて羽根車の引抜きでき、軸封シール取替（既発明１に記載）や内部点検後は、羽根車ボスに外スパナを介して軽打して押込み、内スパナで六角軸を回して押えナットを締める一連の手工具作業は頗る容易である。
【００２１】  ［漏水減勢・排出］  軸封部ボスのＵ字溝は両吸込ポンプにおいても、その吸引流路殻の凹部に形成でき、隣接の水切り鍔用の空間は狭くてもよいので、ポンプ本体の長さ寸法増加は不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】  本考案の軸系における補助軸受、羽根車押えナットの緩・締スパナ及び軸封部漏水の減勢・排出機構の構造を示す、電動機一体型渦巻ポンプの主要部側断面図。
【図２】  本考案の軸系における補助軸受とその効果を示す軸撓み線図で、（ａ）は軸撓みに係る軸系の構成を、（ｂ）は重力による軸撓み姿を、（ｃ）は不平衡の磁気力・流体力による軸撓み姿をそれぞれ示す。
【図３】  本考案の軸系における羽根車の脱・着機構を示す構造図
【図４】  本考案の軸系における漏水減勢・排出機構の部分拡大図
【考案を実施するための形態】
【００２３】  前述の電動機一体型渦巻ポンプの軸系における、軸撓み抑制、羽根車押えナットの緩・締及び軸封部の漏水減勢・排出の各機構を既発明２の双吸引口型横軸機に使用した実施例を、以下に図面を参照し説明する。
【００２４】  なお、既発明１の単吸引口型横軸機の軸系及びケーシングカバーは上記の既発明２と同一の構造姿のため、本考案の説明を省略する。
【実施例１】
【００２５】  ［ポンプ構造姿］  図１において、ポンプ本体１は電動機２とそれぞれのフランジ部１ｆ、２ｆで以って一体に結合され、軸３の電動機部は、電動機２の軸受４（反ポンプ側は図示省略）で２点支持され、その支間Ｓｍに回転子５（図２に固定子６と共に記載）を持ち、軸３の延長部は、水切り鍔７、軸封シール８、羽根車９、キー１０、押えナット１１、六角軸部１２及び補助軸受１４に回転滑り嵌めの軸端部１３を持ち、電動機軸を延長一体の軸３に係る軸系をなしている。【００２６】  ポンプ本体１の軸端側には、軸３と同芯のケーシングカバー１５が、ポンプ本体１のボリュート１６と吸引流路外殻１７とに止り嵌めで組付け、Ｏリング１８、１９で水止めされており、ケーシングカバー１５の芯部に補助軸受１４を締まり嵌めする。【００２７】  羽根車９の入口外周２０に小隙間ｓで対向のマウスリング２１が、ボリュート部１６のポンプ本体１側とケーシングカバー１５側に止り嵌めで固定され、ボリュート１６側から吸引流路２２への逆流を絞っている。【００２８】  両吸込形の羽根車９（図１実線図示）に対しボリュート１６は前半周は１重、後半周は２重で吐出口２３に導かれ、ほぼ上下対称位置にボリュート始端を持ち、片吸込形の羽根車９（図１鎖線図示）ではボリュート１６は全周１重が標準姿である。【００２９】  軸封シール８の止水摺動部８ｓには、ポンプ吐出口２３から、軸封水孔２４を経て軸封水２５が供給され、該止水摺動部８ｓを湿潤に保ち、補助軸受１４に潤滑水２６を供給する（軸封水管及び潤滑水管は図示省略）。【００３０】  吸引流路外殻１７は横向の左右吸引口２７間及び羽根車９への流路２２を成し、羽根車９の直前の吸引流路１７ｆに縦整流壁１７ｗを配し、羽根車９の吸引水の予回転（Ｐｒｅｒｏｔａｔｉｏｎ）を制約する。【００３１】  ［不平衡磁気力］  軸撓みに係る軸系を示す図２（ａ）において、固定子６と回転子５の製作誤差による鉄心対向部の隙間ｓの不同が齎す不平衡磁気力Ｆｍが図２（ｃ）に示すように、軸受４の支間（支間長Ｓｍ）で軸３に曲げ荷重として働き、軸受支点Ｒ２で撓み角θｍを不平衡磁気力Ｆｍと正反対方向に齎す。【００３２】  ［不平衡流体力］  羽根車９の出口外周９ｅの圧力は定格流量では等分布になるようボリュート１６が設計されるが、小流量域ではボリュートの後半側が前半側より高くなり過流量域では低くなって横向きの不平衡流体力Ｆｐとなり軸３の片持部（片持長Ｓｐ）に曲げ荷重として働き撓みＹｐを齎し、上記の不平衡磁気力Ｆｍが不平衡流体力Ｆｐの正反対方向に近い場合は、両者が和方向に現れ、羽根車偏芯はゲルバー梁として合成撓みＹｈ＝Ｙｐ＋θｍ×Ｓｐとなる。【００３３】  ［重力］  図２（ｂ）において、回転子と羽根車の質量Ｍｍ、Ｍｐによる重力Ｗｍ、Ｗｐは同一の鉛直方向すなわち撓み角θｍ、撓みＹｐは差方向に現れ且つ上記の不平衡磁気力Ｆｍ、不平衡流体力Ｆｐより小さいので、ゲルバー梁としての合成撓みＹｖ＝Ｙｐ−θｍ×Ｌｐは無視できる程に微小である。【００３４】  ［危険速度］  上述の軸撓みによる羽根車の偏芯Ｙｈは、軸系の危険速度ωｃ＝（ｇ／Ｙｈ）＾０．５（ｇ：重力係数）を低下させ、電動機の運転速度ωｍ＝２×π×Ｎｍ（Ｎｍ：電動機毎秒回��数）に近い場合に自拡し、羽根車９の入口外周２０がマウスリング２１に接触し焼付きを起す。【００３５】  ［補助軸受］  そのようなトラブルを避けるため、本考案においては、ケーシングカバー１５に補助軸受１４を設け、軸系全体で軸３を３軸受支持の連続梁とし、合成軸撓みＹｈを抑制して危険速度ωｃの低下を防ぎ運転中の羽根車の偏芯Ｙｈの自拡を防止する。【００３６】  補助軸受１４は、構造簡易なカーボンメタルを使用し、回転滑り嵌めの軸端１３とのハメアイ隙間ｓ（全周隙間）で、図２（ｂ）に示すように、羽根車９の微小偏芯Ｙｖ＜ｓを許容して無反力（Ｒｂ＝０）とし、上記の危険に至るような偏芯Ｙｈ≒＞ｓを、図２（ｃ）に示すように、反力Ｒｂを与えて抑制し偏芯Ｙｈの自拡によるトラブルを防止する。
【実施例２】
【００３７】  ［羽根車の着・脱］  図３において、羽根車９の押えナット１１用のネジ部に続き六角軸部１２を配し、押えナット１１と六角軸部１２にボックススパナ２８、２９を同軸に装着し、互いに反対方向に回して押えナット１１の緩・締を行う。【００３８】  押えナット１１用の内パナ２８を、ポンプ本体１に施したケーシングカバー１５用のネジ穴を利用して仮固定し、内スパナ２９を手回しして軸３全体を回し、押えナット１１を緩・締するのが作業安定且つ容易である。【００３９】  羽根車９のボス端面に２つのネジ穴３０を施しておき、引抜きボルト３１を取付け、引抜き工具３２で軸３から羽根車９を引抜くことができる。
【実施例３】
【００４０】  ［Ｕ字溝と異径段］  図４において、軸封シール８を収含するポンプ本体１側のボス３３の端部にＵ字溝３４と下側開放の落水管３５を配し、その溝壁面３６及び内周３７を軸３の異径段面３８及び外周面３９に、それぞれ小隙間ｓを以って対向させる。【００４１】  上記の溝壁面３６とその内周部３７は、既発明１の軸封シール８を内装する鍔付きスリーブ４０に形成するが、説明簡易化のため、軸封部ボス３３と一体として記載する。【００４２】  これは、電動機２とポンプ本体１のフランジ結合作業において軸３をボス３３に装入する時に、Ｕ字溝３４の内周部が軸端側から軸３の装入状況が見えないため異常接触を避けるべく、フランジ結合による軸芯決め後に溝壁面３６及び内周３７を持つ鍔付きスリーブ４０を軸封部ボス３３に装入する構造にしたものである。【００４３】  ［漏水減勢・排出］軸封シール８のシール摺動面８ｓが損傷し漏水が急増した時、Ｕ字溝縁３４の内周３７と軸３の軸封シール部の外周３９との小隙間ｓで該漏水を絞り、溝壁面３６と軸３の異径段面３８との小隙間ｓで半径方向に変流しＵ字溝３４内で転流・減勢して落水管３５で排出する。【００４４】  ［水切り鍔］  Ｕ字溝３４の外に這い出た漏水を、水切り鍔７で遠心飛散し、軸受ハウジング４１に侵入した軸面這い水を水抜き孔４２で重力排出して軸受ハウジング４１内の溜水を避け、軸受４及び電動機２の内部の湿気を防止する。
【産業上の利用の可能性】
【００４５】  既発明１及び既発明２の電動機一体型渦巻ポンプの軸系における本考案は、片持ポンプ軸の撓みを補助軸受で抑制して高速回転の安定化を期し、ケーシングカバーを開放して軸端側で羽根車の脱・着を容易にし、万一の軸封シール故障による急増漏水を減勢・排出して水切鍔の機能を保全するよう軸系を改善したもので、既発明１及び既発明２のポンプセット長半減及びポンプ周りの鉛直面に弁・管を集中配置可能の横軸機の特徴による省スペースと、部品点数の顕著な節減による省コストを陸上汎用及び船舶補機用のポンプ設備に提供するものである。
【００４６】  ［軸撓みと軸端部構造］  前述の不平衡流体力Ｆｐは、高揚程（高圧）の片吸込羽根車のポンプにおいて大きく、危険速度ωｃの低下を齎す軸撓みＹｈのため高速回転（３６００ｒｐｍ、１８００ｒｐｍ）ポンプにおいて影響が大きいので、軸端１３と補助軸受１４を付加し、不平衡流体力Ｆｐが二重ボリュートで低減する両吸込羽根車においても、羽根車部軸径の関係上押えナット１１と六角軸部１２を以って軸系を構成し電動機軸仕様を統一を考えたが、軸３の剛度γ＝Ｅｘｄ＾４／Ｌ＾３（Ｅ：弾性率、ｄ：軸径、Ｌ：軸長）の関係式から同じｄ／Ｌの寸法比でもγは（ｄ／Ｌ）＾１．３３３で大きくなるので、６極電動機（１２００ｒｐｍ）駆動の大口径（４００ｍｍ以上）・大容量機（１７００ｍ＾３／ｈ以上）では剛度γが大きく、両吸込羽根車・二重ボリュートと相俟って、軸撓みの危険速度ωｃへの影響は軽減されるので、軸３のポンプ部は片持ちで補助軸受１４を要せず、六角軸１２や押えナット１１の代りに、大きな軸径ｄの端面に複数（２〜３本）のネジ穴を施しボルト締めの羽根車押え金を配することができる。
【符号の説明】
【００４７】１  ポンプ本体                            １ｆ  ポンプ本体側フランジ
２  電動機                                ２ｆ  電動機側フランジ
３  軸                                    ４  電動機軸受
５  回転子                                ６  固定子
７  水切鍔                                ８  軸封シール
８ｓ  シール摺動部                        ９ｅ  羽根車出口
９  羽根車                                １０  キー
１１  押えナット                          １２  六角軸部
１３  軸端部                              １４  補助軸受
１５  ケーシングカバー                    １６  ボリュート
１７  吸引流路外殻                        １８、１９  Ｏリング
１７ｆ  吸引流路                          １７ｗ  縦整流壁
２０  羽根車吸引部外周                    ２１  マウスリング
２２  吸引流路                            ２３  吐出口
２４  軸封水孔                            ２５  軸封水
２６  潤滑水                              ２７  吸引口
２８  外スパナ、ボックススパナ            ２９  内スパナ、ボックススパナ
３０  ネジ穴                              ３１  引抜きボルト
３２  引抜き工具                          ３３  軸封部ボス
３４  Ｕ字溝                              ３５  落水管
３６  溝壁面                              ３７  ボス内周
３８  異径軸段面                          ３９  軸外周面
４０  鍔付きスリーブ                      ４１  軸受ハウジング
４２  水抜孔                              ４３  点検穴
ｓ  隙間
Ｆｍ  不平衡磁気力                        Ｓｍ  支間長
Ｒ１、Ｒ２  Ｒｂ  軸受支点反力            θｍ  撓み角
Ｆｐ  不平衡流体力                        Ｓｐ  片持ち長
Ｙｐ  軸撓み                              Ｙｈ、Ｙｖ  合成撓み
Ｍｍ  回転子質量                          Ｗｍ  回転子重量
Ｍｐ  羽根車質量                          Ｗｐ  羽根車重量
ωｃ  危険速度                            ωｍ  運転速度
Ｎｍ  回転数                              Ｓｂ  補助支持長
ｇ  重力係数                              γ  剛度
Ｅ  弾性係数                              ｄ  軸径
Ｌ  軸長（Ｓｍ、Ｓｐを代表）
【図１】
0003164561.tif 000003
【図２】
0003164561.tif 000004
【図３】
0003164561.tif 000005
【図４】
0003164561.tif 000006