JP2012117412A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプで圧送する揚液の一部を、メカニカルシールに供給することが可能なポンプ装置を提供すること。
【解決手段】モータ３に回転軸４を介して接続されたポンプ６を備えるポンプ装置１であって、その内面３１ａにカム３６を有し、少なくとも一方が開口するポンプケーシング３１及びポンプケーシング３に収納されるインペラ３２を有するポンプ６と、その内部にメカニカルシール１３を収納し、且つ、その一方が開口するハウジング１１と、を備え、ポンプケーシング３１及びハウジング１１を連通させる２つの孔部２０を有する仕切板１２によりハウジング１１及びポンプケーシング３１の開口を閉塞する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メカニカルシールを用いたポンプ装置に関する。

現在、船舶内に溜まるビルジ水の吸い上げ等に、用いられるポンプ装置として、所謂フレキシブルロータポンプと呼ばれるベーンポンプが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

このポンプ装置は、回転軸を有するモータと、可撓性を有する複数の羽根を有する回転軸に接続されたインペラを、ポンプ室に収納することで構成されたポンプと、を備えている。なお、ポンプ室は、ポンプ装置の吸込口及び吐出口に連結されるとともに、その内面であって、吸込口及び吐出口間に設けられたインペラの羽根を圧縮させて羽根間の体積を減少させるカムを備えている。

また、ポンプ装置は、モータ及びポンプ間を仕切板により仕切るとともに、回転軸と仕切板との間の流体の漏洩を防止するために、仕切板と回転軸との間にメカニカルシールを用いて回転軸と仕切板との密閉を行っている。

このような構成のポンプ装置は、インペラが回転すると、カムを通過した羽根が圧縮され、羽根間の体積が減少し、その状態で吸込口に羽根が移動すると、流体を羽根間に吸い込む。この状態で、羽根がポンプ室の内面に沿って移動し、再度カムにより吐出口に近接した羽根が変形することで、縮小する羽根により圧縮された流体が吐出口から吐出される。即ち、ポンプ装置は、インペラの変形による羽根間の容積変化を利用した圧力変動により、揚水するものである。

このようなポンプ装置は、インペラの羽根が可撓性を有するため、異物等に対する詰りに強く、自吸性能（吸上性能）が高い、という特徴を有する。

実開平１１−２０８５９３号公報

上述したポンプ装置では、以下の問題があった。すなわち、上述したポンプ装置は、メカニカルシールは、仕切板に仕切られて設けられており、メカニカルシールにポンプにより揚水する流体（揚液）が供給されにくい。このため、ポンプ装置に用いられるメカニカルシールはドライ状態で摺動することとなり、メカニカルシールの摩耗が促進する虞がある。

例えば、メカニカルシールを収納する収納室に摺動用の潤滑流体を充満させる方法もある。しかし、水を揚水する際に、仕切板と回転軸との間から、この潤滑流体がポンプ内に浸入する虞もある。このため、ポンプ装置の用途によっては、潤滑流体を収納室に充満させる構成を用いることができない場合が考えられる。また、潤滑流体の交換等のメンテナンスも必要となり、維持コストが増加することも考えられる。

そこで本発明は、メカニカルシールにポンプで圧送する揚液を供給することが可能なポンプ装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のポンプ装置は次のように構成されている。

本発明の一態様として、モータと、前記モータに接続された回転軸と、前記回転軸に固定されたインペラ、少なくとも一方が開口するとともに、前記インペラがその内面を摺動するポンプケーシング、前記ポンプケーシングに設けられた吸込口、前記ポンプケーシングに設けられた吐出口、及び、前記インペラが摺動する前記内面の一部に設けられたカムを有するポンプと、前記モータ及び前記ポンプ間に前記回転軸を挿通して設けられ、前記ポンプ側が開口するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記回転軸及び前記ハウジング間を密閉するメカニカルシールと、前記ポンプケーシング及び前記ハウジングを連通させる２つの孔部を有し、前記ハウジングの開口、及び、前記ポンプケーシングの開口を閉塞する仕切板と、を備える。

本発明によれば、ポンプで圧送する揚液の一部を、メカニカルシールに供給することが可能なポンプ装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るポンプ装置の構成を示す分解斜視図。 同ポンプ装置の要部構成を示す断面図。 同ポンプ装置の要部構成を示す平面図。 同ポンプ装置の要部構成を示す平面図。

以下、本発明の一実施の形態に係るポンプ装置１を図１乃至図４を用いて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るポンプ装置１の構成を示す分解斜視図、図２は同ポンプ装置１の要部であって、特に回転軸４、ポンプ６、仕切板１２及びメカニカルシール１３の構成を拡大して示す断面図、図３は同ポンプ装置１の要部であって、特に回転軸４、仕切板１２及びインペラ３２の構成を示す平面図、図４は同仕切板１２の構成を主面方向から示す平面図である。なお、図１及び図２中、Ｂは締結部材を、Ｆは揚液の流れを、Ｇはメカニカルシール１３への揚液の供給の流れを、Ｐはパッキン部材を、それぞれ示している。また、図２中、回転軸４に関しては、側面視で示す。

図１に示すように、ポンプ装置１は、ベース２と、モータ３と、回転軸４と、仕切部材５と、ポンプ６とを備えている。このようなポンプ装置１は、例えば、船舶の機関室内に設置されて機械室内に溜まるビルジ水の排水に用いられる。

ベース２は、ポンプ装置１を据付ける際に、据付位置に固定可能に形成されている。また、ベース２は、その上面に、モータ３が固定されている。

モータ３は、例えば三相誘導電動機が用いられ、その内部に回転子及び固定子を有している。回転軸４は、モータ３の回転子に固定され、回転子の回転に追従して回転可能に形成されている。また、回転軸４は、その先端に、キー１０が設けられている。なお、図１に記載されたポンプ装置１の例では、モータ３の回転子及び回転軸４が反時計回りに回転することで、揚液を圧送する構成を用いて説明する。

図１，２に示すように、仕切部材５は、ハウジング１１と、仕切板１２と、メカニカルシール１３と、を備えている。仕切部材５は、その中心を回転軸４が挿通可能に形成されている。仕切部材５は、ハウジング１１内を仕切板１２で閉塞することで形成されたメカニカルシール１３を収納する収納室１４を有する。

ハウジング１１は、モータ３にボルト等の締結部材Ｂにより固定可能に形成されている。また、図２に示すように、ハウジング１１は、回転軸４を挿通させる挿通孔１５と、メカニカルシール１３の一端を固定するシール溝１６と、を備えている。なお、ハウジング１１は、挿通孔１５及びシール溝１６が、ハウジング１１のモータ３側に設けられる。

図１乃至図４に示すように、仕切板１２は、円板状に形成されている。仕切板１２は、ボルト等の締結部材Ｂにより、ハウジング１１及びポンプ６に固定するためのボルト孔１８を備えている。また、仕切板１２は、その中心に設けられた回転軸４を挿通させる挿通孔１９と、この挿通孔１９の周囲に設けられた２つの孔部２０と、を備えている。

仕切板１２は、その一方の主面によりハウジング１１の開口を、パッキン部材Ｐを介して閉塞することで、メカニカルシール１３を収納する収納室１４をハウジング１１内に形成する。また、仕切板１２は、後述するポンプケーシング３１の一方の開口を、パッキン部材Ｐを介して閉塞することで、ポンプ室３５を形成する。

これら孔部２０は、仕切板１２の挿通孔１９の中心をその中心とする同一円周上に、略１８０°の間隔を有して対称に配置されて設けられる。具体的には、これら孔部２０は、一方が、仕切板１２の後述するインペラ３２の羽根５１により揚液が圧縮される位置に、他方が、仕切板１２の、一方の孔部２０よりも揚液の圧力が低い部位にそれぞれ設けられる。

また、孔部２０は、図２、３に示すように、後述するインペラ３２の羽根５１間により形成される空間（圧縮室）６０内及び収納室１４内にその一部が開口するように、仕切板１２に設けられる。即ち、孔部２０は、仕切板１２を介して、ポンプ室３５内及びハウジング１１内を連通可能に形成される。

なお、この孔部２０の内径は、例えば、後述するインペラ３２により圧縮された揚液が収納室１４内に移動する際に、絞りの流れとなる小径が好ましい。即ち、孔部２０は、収納室１４内に、揚液が供給可能であって、ポンプ６の機能を低下させない径であればよい。

メカニカルシール１３は、被摺動部材２５と、この被摺動部材２５と摺動して摺動面間を密閉する摺動部材２６と、摺動部材２６を被摺動部材２５へ付勢するスプリング等の付勢部材２７と、を備えている。

被摺動部材２５は、ハウジング１１のシール溝１６に保持部材２８を介して設けられる。この保持部材２８は、被摺動部材２５を保持可能であって、且つ、シール溝１６間及び被摺動部材２５間を静的に密閉可能なシール部材である。

摺動部材２６は、回転軸４に、回転軸４の回転に追従して回転可能に固定されている。また、摺動部材２６は、その内面と回転軸４の外面との間が密閉性的に密閉可能なシール部材である。

付勢部材２７は、回転軸４の回転に追従して回転可能に固定されている。具体的には、付勢部材２７は、回転軸４に固定された座部材２９を有し、この座部材２９と摺動部材２６とを付勢することで、回転軸４の回転に追従して回転可能に固定される。このようなメカニカルシール１３は、ハウジング１１内とモータ３との間を密閉可能に形成されている。

ポンプ６は、ポンプケーシング３１と、インペラ３２と、を備えている。このようなポンプ６は、所謂フレキシブルロータポンプと呼ばれるベーンポンプが用いられる。

ポンプケーシング３１は、両端側が開口する円筒状に形成されている。ポンプケーシング３１は、その一方が仕切板１２により、その他方が蓋部材３３によりパッキン部材Ｐ等を介在して閉塞されることで、その内部が閉塞されたポンプ室３５を形成する。

また、ポンプケーシング３１は、図３中２点差線で示す略円筒形状の内面３１ａを有し、且つ、その内面の一部にカム３６を有している。

また、ポンプケーシング３１は、その他方がその外周面の一部、例えば、側方向に吸込口４１が設けられ、上方向に吐出口４２が設けられている。

ポンプ室３５は、仕切板１２の他方の主面、ポンプケーシング３１の内面及び蓋部材３３の主面により形成された空間であり、インペラ３２を収納可能に形成されている。

このカム３６は、ポンプケーシング３１の円筒形状に形成された内面３１ａの一部が径方向に突出する輪郭曲面を形成する突起である。なお、図３において、二点鎖線で示すカム３６の外側に位置する二点鎖線は、ポンプケーシング３１の内面３１ａにおいて、カム３６を有さない場合の内面を示している。カム３６は、図３に示すように、内面３１ａの一部から突出する。

このように、ポンプ室３５は、カム３６により、その内周面の一部が突出して形成される。なお、このカム３６は、インペラ３２を所定の位置、ここでは、回転軸４の回転方向に対して、吐出口４２から吸込口４１までの間で、インペラ３２を圧縮可能となるように、反時計回りに吐出口４２から吸込口４１までの間で形成されている。

吸込口４１及び吐出口４２は、外部配管と接続可能なフランジ４４が、ガスケット４４ａを介してボルト等の締結部材Ｂにより固定されている。

なお、図１中に記載の例では、吸込口４１は、ポンプケーシング３１の９時の位置に、吐出口４２は、吸込口４１から時計回りに９０度、即ち１２時の位置にそれぞれ設けられている。これら吸込口４１及び吐出口４２の位置は、ポンプケーシング３１の形状、及び、ポンプ室３５の形状等により適宜設定可能である。

インペラ３２は、ポンプケーシング３１の内面３１ａを摺動可能に形成されている。このようなインペラ３２は、ハブ４５と、羽根部４６と、を備えている。ハブ４５は、例えばステンレス鋼材により形成されており、その中心に回転軸４を挿通させるとともに、キー１０が挿通されるキー溝４７を有する挿通孔４８を有している。

羽根部４６は、ハブ４５の周囲に設けられた根元部５０と、この根元部５０に放射状に複数設けられた羽根５１と、を備えている。羽根部４６は、可撓性を有する樹脂材料により形成されている。

また、羽根部４６は、根元部５０がハブ４５の外周面に固定されている。根元部５０は、インペラ３２の軸心を中心とする円筒状に形成されている。このため、羽根５１は、インペラ３２の軸心に対して放射状に設けられている。

図３に示すように、羽根５１は、その先端がポンプ室３５の内面と摺動可能に形成されている。なお、図３において実線で示すインペラ３２の羽根５１は、回転軸４に固定され、且つ、ポンプ室３５に収納しない状態を示している。また、図３において二点鎖線で示す羽根５１は、ポンプ室３５に収納した際に、ポンプケーシング３１の内面３１ａにより圧縮される状態を示す。

また、羽根部４６は、羽根５１とポンプ室３５、即ち、隣り合う羽根５１間、仕切板１２の他方の主面、蓋部材３３の主面及び内面３１ａにより、揚液を圧送する圧縮室６０を形成する。なお、図３に二点鎖線で示す羽根５１間に形成された圧縮室６０のように、圧縮室６０は、カム３６において羽根５１が圧縮されることで、その体積は減少する。

このように構成されたポンプ装置１は、先ず、モータ３により回転軸４が回転すると、インペラ３２がポンプ室３５内を回転する。ポンプ６は、インペラ３２が回転することで、吸込口４１から羽根５１間の圧縮室６０に揚液を吸込み、吐出口４２で圧縮室６０の揚液を圧送することを、各圧縮室６０で連続的に行う。

具体的には、回転軸４の回転方向に対して、カム３６が吐出口４２から吸込口４１まで反時計周りに設けられている。このため、図３の二点鎖線で示すインペラ３２の羽根５１に示すように、吐出口４２の手前の位置から、羽根５１が圧縮される。

羽根５１の圧縮により、吐出口４２手前の位置にある圧縮室６０は、その体積が縮小し、結果揚液が圧縮され、当該圧縮室６０の圧力が増大する。圧縮室６０は、吐出口４２に位置すると、圧縮室６０と吐出口４２とが連続することで結果体積が増加し、当該圧縮室６０の揚液が吐出口４２へと移動する所謂吐出作用をなす。また、吸込口４１まで圧縮されていた圧縮室６０は、揚液を殆ど有さず、且つ、圧縮によりその体積が減少して、吐出口４２を通過する。この圧縮された圧縮室６０が吸込口４１に位置すると、圧縮室６０の体積が膨張して低圧となり、吸込口４１にある揚液を吸い込む所謂吸込作用をなす。

このように、ポンプ６は、インペラ３２の羽根５１がポンプ室３５の内面を摺動して圧縮することで、吐出口４２近辺で圧縮され、吐出作用をなすとともに、吸込口４１で吸込作用をなす。ポンプ６は、インペラ３２により、上述の吸込作用及び吐出作用を繰り返すことで、揚液を二次側に圧送する。

なお、このとき、仕切板１２に設けられた孔部２０により、インペラ３２で圧縮された揚液の一部が、圧縮室６０から収納室１４へ供給される。具体的には、吐出口４２に位置した圧縮室６０の揚液は、その一部が、図２の矢印Ｇに示すように、吐出口４２近傍に位置して配置された一方の孔部２０から収納室１４に移動する。収納室１４に移動した揚液は、他方の孔部２０を介してポンプ室３５の圧縮室６０に移動する。

このように構成されたポンプ装置１によれば、ポンプ６は、吸込口４１から吸い込んだ揚液を、吐出口４２から吐出させるとともに、吐出口４２の近傍に設けられた一方の孔部２０から、収納室１４へ供給する。これにより、メカニカルシール１３が収納された収納室１４には、揚液が充満することとなる。

このため、メカニカルシール１３は、常時揚液に浸漬することとなり、ウェット状態で被摺動部材２５及び摺動部材２６が摺動する。被摺動部材２５及び摺動部材２６は、揚液によりその摺動面の潤滑が行われ、摩耗を低減することが可能となる。結果、メカニカルシール１３の寿命の低下を防止し、メカニカルシール１３の性能維持が可能となる。

また、孔部２０は、一方をポンプ室３５内の圧力が高い位置に、他方をポンプ室３５内の圧力が低い位置に配置させる構成であるため、確実に揚液の流れを形成することが可能となる。このため、確実に収納室１４に揚液を供給することが可能となり、メカニカルシール１３の寿命を維持し、ポンプ装置１の信頼性を向上することとなる。

さらに、孔部２０を介して揚液をメカニカルシール１３に供給する構成のため、別途収納室１４にメカニカルシール１３の潤滑剤を用いる必要がない。このため、ポンプ装置１の製造コストの低減が可能となる。

また、メカニカルシール１３の潤滑に潤滑剤を用いない構成であるため、潤滑剤の補充及び交換等のメンテナンスの必要がなく、ポンプ装置１のメンテナンスを低減することが可能となる。また、メカニカルシール１３の潤滑は、ポンプ装置１による揚液により行うため、揚液中に潤滑剤が混入する恐れがなく、ポンプ装置１の安全性及び汎用性が向上する。

上述したように本実施の形態に係るポンプ装置１によれば、ハウジング１１とポンプケーシング３１との間を仕切る仕切板１２に２つの孔部２０を設ける構成とすることで、メカニカルシール１３の収納室１４にポンプ室３５内の揚液の一部を供給することが可能となる。収納室１４内に揚液が供給されることで、メカニカルシール１３の被摺動部材２５及び摺動部材２６は、ウェット状態で摺動することとなり、メカニカルシール１３の寿命を向上させることが可能となる。これにより、メカニカルシール１３の性能維持が可能となり、ポンプ装置１の信頼性を向上することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、孔部２０は、仕切板１２の挿通孔１９の中心とした同一円周上に、例えば対称に設けられる構成を説明したがこれに限定されない。例えば、２つの孔部２０は対称ではなく、一方の孔部２０が吐出口４２に近接し、他方の孔部２０が吸込口４１に近接した位置に設けられていてもよい。即ち、これら孔部２０は、一方が、ポンプ室３５内の高い圧力となる圧縮室６０と、他方が、ポンプ室３５内の低い圧力となる圧縮室６０と連続する位置に設けられていればよい。

但し、他方の孔部２０（収納室１４からポンプ室３５へと揚液を移動させる孔部２０）は、少なくとも、吸込口４１で揚液を吸い込んだ圧縮室６０と連通するように設けることが望ましい。特に、このようなベーンポンプは、吐出口４２で吐出し、揚液が略有さない状態で縮小した圧縮室６０が、吸込口４１で膨張することで、低圧となった圧縮室６０に揚液が吸い込まれる構成である。

このため、ベーンポンプ（ポンプ６）では、吸込口４１で揚液を吸込み前に孔部２０が位置すると、孔部２０から揚液を吸込み、圧縮室６０が増圧するため、ベーンポンプの吸込効率が低減するため、他方の孔部２０は、吸込口４１で揚液を吸い込んだ圧縮室６０と連通させることが望ましい。

また、上述した例では、ポンプ装置１に用いられるポンプ６は、可撓性を有する樹脂材料により形成された羽根部４６を有するインペラ３２を用いた所謂フレキシブルロータポンプと呼ばれるベーンポンプについて説明したがこれに限定されない。例えば、フレキシブルロータポンプではなく、羽根部が、溝を有するロータと溝に沿ってポンプ室内面に当接しながら摺動するベーンとを有するベーンポンプであっても良い。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

１…ポンプ装置、２…ベース、３…モータ、４…回転軸、５…仕切部材、６…ポンプ、１０…キー、１１…ハウジング、１２…仕切板、１３…メカニカルシール、１４…収納室、１５…挿通孔、１６…シール溝、１８…ボルト孔、１９…挿通孔、２０…孔部、２５…被摺動部材、２６…摺動部材、２７…付勢部材、２８…保持部材、２９…座部材、３１…ポンプケーシング、３１ａ…内面、３２…インペラ、３３…蓋部材、３５…ポンプ室、３６…カム、４１…吸込口、４２…吐出口、４４…フランジ、４４ａ…ガスケット、４５…ハブ、４６…羽根部、４７…キー溝、４８…挿通孔、５０…根元部、５１…羽根、６０…圧縮室、Ｂ…締結部材、Ｇ…矢印、Ｐ…パッキン部材。

Claims (4)

1. モータと、
   前記モータに接続された回転軸と、
   前記回転軸に固定されたインペラ、少なくとも一方が開口するとともに、前記インペラがその内面を摺動するポンプケーシング、前記ポンプケーシングに設けられた吸込口、前記ポンプケーシングに設けられた吐出口、及び、前記インペラが摺動する前記内面の一部に設けられたカムを有するポンプと、
   前記モータ及び前記ポンプ間に前記回転軸を挿通して設けられ、前記ポンプ側が開口するハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、前記回転軸及び前記ハウジング間を密閉するメカニカルシールと、
   前記ポンプケーシング及び前記ハウジングを連通させる２つの孔部を有し、前記ハウジングの開口、及び、前記ポンプケーシングの開口を閉塞する仕切板と、
   を備えることを特徴とするポンプ装置。
2. 前記仕切板は、前記回転軸が挿通する挿通孔を有し、
   前記２つの孔部は、前記挿通孔の中心とする同一円心上に設けられることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記２つの孔部は、その一方が前記ポンプケーシング内の圧力の高い位置に、その他方が前記一方の孔部よりも前記ポンプケーシング内の圧力の低い位置に、それぞれ設けられることを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記インペラは、その軸心から放射状に設けられた可撓性を有する複数の羽根を具備し、
   前記ポンプは、前記ポンプケーシング、前記仕切板及び隣り合う前記羽根間に形成された圧縮室内の前記揚液が、前記羽根の少なくとも一方が前記カムにより圧縮されることで増圧し、前記吐出口から前記揚液を圧送し、
   前記一方の孔部は、前記カムにより圧縮された前記羽根間により形成された前記圧縮室と連通することを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。

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