(57)【要約】【課題】ライナーリングの熱収縮が起こっても、ライナーリングが羽根車を強く締め付けることを防止することができるポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置は、羽根車１と、羽根車１が固定された回転軸２と、回転軸２を回転可能に支持するすべり軸受２１，２２と、羽根車１の液体入口を囲むように配置されたライナーリング３とを備える。ライナーリング３は、互いに対面する第１の分割面３１および第２の分割面３２を有している。第１の分割面３１および第２の分割面３２は、ライナーリング３の前端面３ｃから後端面３ｄまで延びており、第１の分割面３１と第２の分割面３２との間には、隙間３４が形成されている。【選択図】図３
2017203438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と、
前記羽根車が固定された回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持するすべり軸受と、
前記羽根車の液体入口を囲むように配置されたライナーリングと、
前記羽根車および前記ライナーリングを収容するポンプケーシングとを備え、
前記ライナーリングは、互いに対面する第１の分割面および第２の分割面を有し、
前記第１の分割面および前記第２の分割面は、前記ライナーリングの前端面から後端面まで延びており、
前記第１の分割面と前記第２の分割面との間には、隙間が形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記ライナーリングは、前記ポンプケーシングよりも軟質な材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記ライナーリングは、樹脂から構成されていることを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記ライナーリングは、前記ポンプケーシングに対して回転可能に前記ポンプケーシングに取り付けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のポンプ装置。
【請求項５】
羽根車の回転によって移送される液体が高圧側から低圧側に逆流することを防止するためのライナーリングであって、
互いに対面する第１の分割面および第２の分割面を有し、
前記第１の分割面および前記第２の分割面は、前記ライナーリングの前端面から後端面まで延びており、
前記第１の分割面と前記第２の分割面との間には、隙間が形成されていることを特徴とするライナーリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ装置、および該ポンプ装置の構成要素であるライナーリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ装置（例えば、遠心ポンプ装置）は、ポンプケーシング内に配置された羽根車が回転することによって液体を圧送する回転機械である。昇圧された液体がポンプケーシングの吸込側に逆流することを防止するために、羽根車の液体入口を囲むようにライナーリングがポンプケーシングに固定される。ライナーリングは、羽根車と微小な隙間を介して配置されており、液体が高圧側から低圧側に逆流することを防止する。
【０００３】
回転軸を支持する軸受としてすべり軸受を備えたポンプ装置では、すべり軸受と回転軸との間には隙間が存在しているために、羽根車がライナーリングに接触しないようにするために、ライナーリングと羽根車との間の隙間をある程度大きくする必要がある。このため、昇圧された液体が、ライナーリングと羽根車との間の隙間を通って逆流しやすくなり、ポンプ効率が低下することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体の逆流を防ぐためにライナーリングと羽根車との間の隙間を小さくすると、羽根車がライナーリングに接触するのみならず、ライナーリングが羽根車を強く締め付けるという問題が起こりうる。すなわち、ライナーリングの線膨張係数と羽根車の線膨張係数とは一般的に異なるため、低温の液体がライナーリングに接触すると、ライナーリングは、熱収縮により羽根車よりも大きく変形する。ライナーリングが収縮すると、ライナーリングが羽根車を強く締め付け、結果的に、羽根車の回転を拘束してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ライナーリングの熱収縮が起こっても、ライナーリングが羽根車を強く締め付けることを防止することができるポンプ装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このようなライナーリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持するすべり軸受と、前記羽根車の液体入口を囲むように配置されたライナーリングと、前記羽根車および前記ライナーリングを収容するポンプケーシングとを備え、前記ライナーリングは、互いに対面する第１の分割面および第２の分割面を有し、前記第１の分割面および前記第２の分割面は、前記ライナーリングの前端面から後端面まで延びており、前記第１の分割面と前記第２の分割面との間には、隙間が形成されていることを特徴とするポンプ装置である。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記ライナーリングは、前記ポンプケーシングよりも軟質な材料から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ライナーリングは、樹脂から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ライナーリングは、前記ポンプケーシングに対して回転可能に前記ポンプケーシングに取り付けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様は、羽根車の回転によって移送される液体が高圧側から低圧側に逆流することを防止するためのライナーリングであって、互いに対面する第１の分割面および第２の分割面を有し、前記第１の分割面および前記第２の分割面は、前記ライナーリングの前端面から後端面まで延びており、前記第１の分割面と前記第２の分割面との間には、隙間が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
ライナーリングが低温の液体との接触により収縮すると、ライナーリングが羽根車に接触することがある。このとき、ライナーリング内に発生した応力は、第１の分割面と第２の分割面との間の隙間から逃げるので、ライナーリングが羽根車を強く締め付けることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】キャンドモータポンプの一実施形態を示す図である。
【図２】羽根車、ライナーリング、およびポンプケーシングの拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】ライナーリングを図３の矢印Ｂで示す方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１はポンプ装置の一実施形態を示す図である。図１に示す実施形態のポンプ装置は、キャンとモータフレームとの間に形成された密閉空間内にモータステータが収容されたキャンドモータポンプである。図１に示すように、ポンプ装置は、ポンプＰと、このポンプＰを駆動するためのモータ部Ｍとから構成されている。ポンプＰは、羽根車１と、羽根車１が固定された回転軸２と、羽根車１の液体入口を囲むように配置されたライナーリング３と、羽根車１およびライナーリング３を収容するポンプケーシング４とを備えている。
【００１３】
ポンプケーシング４の高圧側の開口部にはケーシングカバー５が固定されている。回転軸２はケーシングカバー５を貫通して延びており、羽根車１は回転軸２の先端に締結具６により固定されている。ケーシングカバー５には、ポンプケーシング４内の液体の一部をモータ部Ｍに導くための流通孔５ａが形成されている。羽根車１の回転によって昇圧された液体の一部は、この流通孔５ａを通ってモータ部Ｍに導かれる。
【００１４】
ポンプ装置は、回転軸２を回転させるモータ１０と、回転軸２を回転可能に支持するすべり軸受２１，２２と、回転軸２、モータ１０、およびすべり軸受２１，２２を収容するモータフレーム１２とを備えている。モータ１０は、回転軸２に固定されたモータロータ１５と、モータロータ１５の周囲に配置されたモータステータ１６とを備えている。本実施形態では、モータロータ１５は回転軸２の中央部に固定されている。モータステータ１６は、ステータコア１６ａと、ステータコア１６ａに巻かれた複数のコイル１６ｂとを備えている。図１では１つのコイル１６ｂのみが図示されているが、複数のコイル１６ｂはモータロータ１５を囲むように配置されている。
【００１５】
回転軸２は、モータロータ１５の両側に配置されたすべり軸受２１，２２によって回転可能に支持されている。すべり軸受２１は、回転軸２のラジアル荷重を支持するラジアル軸受２１ａと、回転軸２（より具体的には、回転軸２に固定されたスラスト板２５）のスラスト荷重を支持するスラスト軸受２１ｂとから構成されている。同様に、すべり軸受２２は、ラジアル軸受２２ａと、スラスト軸受２２ｂとから構成されている。スラスト板２５，２５は、環状形状を有しており、モータロータ１５の両側の位置において回転軸２に固定されている。スラスト板２５，２５は回転軸２と一体に回転する。
【００１６】
モータロータ１５とモータステータ１６との間には、円筒状のキャン１８がモータロータ１５を取り囲むように配置されている。モータステータ１６は、モータフレーム１２とキャン１８との間に配置されている。モータステータ１６は、モータフレーム１２の内面およびキャン１８の外面に接触している。モータロータ１５、モータステータ１６、およびキャン１８は同心状に配置されている。モータステータ１６に隣接して、環状のフレーム側板１３が設けられている。フレーム側板１３の外面はモータフレーム１２に固定されており、フレーム側板１３の内面はキャン１８に固定されている。モータステータ１６は、モータフレーム１２、フレーム側板１３、およびキャン１８により形成されたステータ室１１内に配置されている。
【００１７】
ケーシングカバー５は、フレーム側板１３とポンプケーシング４との間に配置されている。ケーシングカバー５とポンプケーシング４との間、およびケーシングカバー５とフレーム側板１３との間には、環状のシール部材１７，１７がそれぞれ配置されている。これらシール部材１７，１７は、液体がこれら隙間を通ってポンプ装置の外部に流出することを防止している。ケーシングカバー５の反対側にはエンドカバー１９が配置されており、モータフレーム１２の端部側開口はエンドカバー１９によって閉じられている。
【００１８】
円筒状のラジアル軸受２１ａは、ケーシングカバー５に固定されている。円筒状のラジアル軸受２２ａは、エンドカバー１９に固定されている。ラジアル軸受２１ａは回転軸２とケーシングカバー５との間に配置されており、回転軸２の外周面とラジアル軸受２１ａの内周面との間には僅かな隙間が形成されている。同様に、ラジアル軸受２２ａは回転軸２とエンドカバー１９との間に配置されており、回転軸２の外周面とラジアル軸受２２ａの内周面との間には僅かな隙間が形成されている。
【００１９】
環状のスラスト軸受２１ｂは、スラスト板２５とケーシングカバー５との間に配置されている。環状のスラスト軸受２２ｂは、スラスト板２５とエンドカバー１９との間に配置されている。
【００２０】
モータステータ１６のコイル１６ｂに電流を流すと、モータステータ１６に磁界が形成され、この磁界により、モータロータ１５が回転する。モータロータ１５の回転は回転軸２を通じて羽根車１を回転させる。羽根車１が回転軸２とともに回転すると、液体は吸込口４ａからポンプケーシング４内に吸い込まれ、羽根車１の回転により昇圧された後、吐出口４ｂから吐き出される。
【００２１】
ポンプケーシング４内に吸い込まれた液体の一部は、流通孔５ａを通ってモータ部Ｍ、すなわち、すべり軸受２１，２２が配置された空間に導かれる。液体は、すべり軸受２１と回転軸２との間の僅かな隙間を流れ、回転軸２およびすべり軸受２１を冷却および潤滑する。液体はモータ１０も冷却する。
【００２２】
羽根車１には、その軸方向に延びる貫通孔１ａが形成されている。すべり軸受２１と回転軸２との間の隙間に供給された液体は羽根車１の貫通孔１ａを通って羽根車１内に戻される。ステータ室１１は密閉されているため、液体は、ステータ室１１内のモータステータ１６に接触することはない。
【００２３】
モータ部Ｍに導かれた液体の一部は、モータロータ１５とキャン１８との間の僅かな隙間を通って、すべり軸受２２が配置された空間に導かれる。液体は、すべり軸受２２と回転軸２との間の僅かな隙間を流れ、回転軸２およびすべり軸受２２を冷却および潤滑する。
【００２４】
回転軸２の内部には、その軸方向に貫通する軸通孔２ａが形成されており、軸通孔２ａは、回転軸２の両端において開口している。すべり軸受２２と回転軸２との間の僅かな隙間を流れた液体は、軸通孔２ａを通ってポンプケーシング４内に戻される。
【００２５】
図２は、羽根車１、ライナーリング３、およびポンプケーシング４の拡大断面図である。図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図２および図３に示すように、ライナーリング３は、ポンプケーシング４の内面１４と羽根車１の外面１ｂとの間に配置されている。ライナーリング３の内面３ａと羽根車１の外面１ｂとの間には僅かな隙間が形成されている。ライナーリング３は、羽根車１の回転を阻害することなく、昇圧された液体が高圧側から低圧側に流れることを防止することができる。羽根車１の外面１ｂにウェアリング（図示しない）を固定して、ウェアリングをライナーリング３の内側に配置してもよい。
【００２６】
図２に示すように、ポンプケーシング４の内面１４は、円筒状の第１の内面１４ａと、第１の内面１４ａよりも大きい直径を持つ円筒状の第２の内面１４ｂとを有している。これら第１の内面１４ａと第２の内面１４ｂは、環状の段部１４ｃで接続されている。ライナーリング３の内面３ａは僅かな隙間を介して羽根車１の外面１ｂに対面している。ライナーリング３の外面３ｂはポンプケーシング４の第２の内面１４ｂに対面している。ライナーリング３の内面３ａと外面３ｂとを接続する環状の前端面３ｃは、環状段部１４ｃに対面している。
【００２７】
ポンプケーシング４は、例えば、ステンレス鋼や鋳物などの金属から構成されている。ライナーリング３は、ポンプケーシング４よりも軟質な材料から構成されている。好ましくは、ライナーリング３は銅系の金属から構成されており、より好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂から構成されている。
【００２８】
ライナーリング３の外面３ｂはポンプケーシング４の第２の内面１４ｂに接触しているが、この第２の内面１４ｂには固定されていない。すなわち、ライナーリング３は、ポンプケーシング４に対して回転可能にポンプケーシング４に取り付けられている。ライナーリング３は、ポンプケーシング４に対して回転軸２の軸方向にも移動可能である。
【００２９】
従来の構成では、ライナーリングがポンプケーシングに対して回転することを防止するために、ライナーリングにねじなどの突起を取り付け、この突起をポンプケーシングに設けられた穴に係合させる回り止め加工が行われる。これは、ライナーリングがポンプケーシングにすべり接触することによってポンプケーシングが摩耗したり、傷付くことを防止するためである。
【００３０】
本実施形態によれば、ライナーリング３は、ポンプケーシング４よりも軟質な材料から構成されているため、ライナーリング３がポンプケーシング４にすべり接触しても、ポンプケーシング４が摩耗したり、傷付くことはない。したがって、ライナーリング３の回り止め加工を不要とすることができる。結果として、ライナーリング３およびポンプケーシング４を簡単な構造とすることができ、ポンプ装置全体のコストを低減することができ、さらに、ライナーリング３を容易に交換することができる。
【００３１】
図４はライナーリング３を図３の矢印Ｂで示す方向から見た図である。図３および図４に示すように、ライナーリング３の一部は、完全に分断されている。すなわち、ライナーリング３は、互いに離間した第１の分割面３１および第２の分割面３２を有しており、第１の分割面３１と第２の分割面３２との間には、隙間３４が形成されている。これら第１の分割面３１および第２の分割面３２は、互いに対面している。
【００３２】
分割面３１，３２は、ライナーリング３の前端面３ｃから後端面３ｄ（図２参照）まで延びており、さらに、ライナーリング３の内面３ａから外面３ｂまで延びている。ライナーリング３の内面３ａの一方の縁部は、ライナーリング３の外面３ｂの一方の縁部に前端面３ｃによって接続され、ライナーリング３の内面３ａの他方の縁部は、ライナーリング３の外面３ｂの他方の縁部に後端面３ｄによって接続されている。後端面３ｄは前端面３ｃとは反対側に位置している。
【００３３】
本実施形態では、分割面３１，３２は回転軸２の軸方向に平行であるが、分割面３１，３２は回転軸２の軸方向に対して傾斜してもよく、またはクランク状に屈曲するように延びてもよい。特に、分割面３１，３２をクランク状に屈曲するように延ばすことにより、ライナーリング３の隙間３４を移動する液体の圧力損失が生じるため、液体が高圧側から低圧側に逆流することを効果的に防止することができる。
【００３４】
本実施形態によれば、ライナーリング３の第１の分割面３１と第２の分割面３２との間には隙間３４が形成されている。したがって、低温の液体によってライナーリング３の熱収縮が起こり、ライナーリング３が羽根車１に接触しても、ライナーリング３内の応力は隙間３４から逃げるので、ライナーリング３が羽根車１を強く締め付けることが回避される。
【００３５】
回転する羽根車１によって昇圧された液体が高圧側から低圧側に流れることを防止するために、羽根車１とライナーリング３との間の隙間をできる限り小さくすることが望ましい。本実施形態によれば、隙間３４を設けることにより、ライナーリング３の熱収縮が起こっても、ライナーリング３が羽根車１を強く締め付けることが回避されるので、ライナーリング３と羽根車１との間の隙間を従来の構成よりも小さくすることができる。したがって、液体が高圧側から低圧側に逆流することをより確実に防止することができる。
【００３６】
例えば、ライナーリング３と羽根車１との間の隙間の大きさは、機械工学便覧におけるすべり軸受の配置条件に基づいて決定される。図３に示すように、ライナーリング３と羽根車１との間の隙間Ｇは羽根車１の両側における半径方向の２つの隙間ｇ１，ｇ２の合計である。
【００３７】
従来の構成では、ライナーリングの熱収縮によってライナーリングが羽根車を締め付けることを防止するために、羽根車とライナーリングとの間の隙間の大きさは回転軸の振れ幅やライナーリングの物性に基づいて決定される。以下、従来の構成における羽根車とライナーリングとの間の隙間を単に、従来の隙間と呼ぶことがある。
【００３８】
隙間３４の大きさは、隙間３４の面積と隙間Ｇの面積との合計値が従来の隙間の面積よりも小さくなるように決定される。従来の隙間の面積Ｘは、ライナーリングの内径をＤＸｉ、羽根車の外径をＤＸｏとすると、円の面積の公式から、
Ｘ＝π（ＤＸｉ２−ＤＸｏ２）／４
と表すことができる。同様に、隙間Ｇの面積Ｙは、ライナーリング３の内径（ライナーリング３の内面３ａの直径）をＤＹｉ、羽根車１の外径（羽根車１の外面１ｂの直径）をＤＹｏとすると、円の面積の公式から、
Ｙ＝π（ＤＹｉ２−ＤＹｏ２）／４
と表すことができる。隙間３４の面積Ｚは、第１および第２の分割面３１，３２の長さに隙間３４の長さ（すなわち、第１の分割面３１と第２の分割面３２との間の距離）を掛けることで求められる。
したがって、隙間３４の面積Ｚは次式が成立するように決定される。
Ｘ＞Ｙ＋Ｚ
【００３９】
このように、隙間３４の面積Ｚは上記式が成立するように決定され、隙間３４の大きさは決定された隙間３４の面積Ｚに基づいて決定される。本実施形態によれば、隙間Ｇの面積および隙間３４の面積の合計と従来の隙間の面積との差分だけ液体の逆流を低減することができるので、ポンプ効率の向上に寄与した上で、ライナーリング３が羽根車１を締め付けることを防止することができる。結果として、ポンプの運転の停止を防止することができる。
【００４０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１      羽根車
１ａ      貫通孔
１ｂ      外面
２      回転軸
２ａ      軸通孔
３      ライナーリング
３ａ      内面
３ｂ      外面
３ｃ      前端面
３ｄ      後端面
４      ポンプケーシング
４ａ      吸込口
４ｂ      吐出口
５      ケーシングカバー
５ａ      流通孔
６      締結具
１０      モータ
１２      モータフレーム
１３      フレーム側板
１４      内面
１４ａ    第１の内面
１４ｂ    第２の内面
１４ｃ    環状段部
１５      モータロータ
１６      モータステータ
１６ａ    ステータコア
１６ｂ    コイル
１７      シール部材
１８      キャン
２１，２２      すべり軸受
２１ａ，２２ａ  ラジアル軸受
２１ｂ，２２ｂ  スラスト軸受
２５      スラスト板
３１      第１の分割面
３２      第２の分割面
３４      隙間
【図１】
2017203438.tif 000003
【図２】
2017203438.tif 000004
【図３】
2017203438.tif 000005
【図４】
2017203438.tif 000006