JP3851492B2

JP3851492B2 - 水中ポンプ

Info

Publication number: JP3851492B2
Application number: JP2000167183A
Authority: JP
Inventors: 康弘井上; 拓岩瀬; 泰司橋本
Original assignee: 株式会社日立インダストリイズ
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2020-06-05
Also published as: JP2001342991A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中ポンプの軽量化に関し、特に例えば水害時にその現場に出動して排水を行なうような非常時の排水用である排水ポンプ車などに好適なものとして用いられ水中ポンプの小型軽量化に関する。
【０００２】
【従来技術】
水中ポンプは、駆動源と、この駆動源に羽根車を接続する回転軸と、この回転軸を支持する軸受装置とを備えた構造であるのが一般的である。このような水中ポンプにはさまざまな使用形態があるが、排水ポンプ車の設備の一要素として用いるのもその例である。排水ポンプ車は、水中ポンプ他、排水に必要な設備一式を搭載しており、必要時には排水現場まで出動し、そこにおいて水中ポンプを水中に投入して水を汲み上げることで排水を行なうものである。このような排水ポンプ車で従来より用いられていた水中ポンプは、例えば特開平１０−２８８２８４号公報で知られるように、その駆動源が電動モータで形成されていた。なおポンプに関する従来技術としては、特開平１０−２８８２８４号公報の他に、例えば特開平５−９９１９８号、特開平１１−６２８８９号、特開平１０−２３８４９３号などの各公報に開示の例が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
排水ポンプ車には二つのタイプがある。その一つはクレーンなどの機械的手段で水中ポンプの水中への投入作業などを行なうタイプであり、他の一つは人手を頼りに水中ポンプの水中への投入作業などを行なうタイプである。後者の人手頼りのタイプの排水ポンプ車に搭載する水中ポンプに関しては、人手による作業の作業性を改善するために水中ポンプの小型軽量化に対する要求が最近とみに強くなっている。
【０００４】
しかるに従来の排水ポンプ車用の水中ポンプは１００ｋｇを超える重量があり、人手だけで扱う作業を困難なものとしていた。従来の水中ポンプがこのように重いのは、その駆動源に電動モータが用いられていることに大きな原因がある。そこで、電動モータに比べて小型軽量である水車や油圧モータを駆動源に用いて水中ポンプの小型軽量化を図ることが考えられている。例えば水車を用いると、電動モータを用いる場合に比べて、駆動源に係る重量を数十ｋｇも軽くすることができる。しかしこれでも水中ポンプ全体としては未だ５０ｋｇをはるかに超える重量があり、人手頼りで水中への投入を行なう場合の人手による作業性を改善するために求められるような小型軽量化を十分に達成するものとはいえない。そこでその原因を追求したところ、従来の水中ポンプでは、駆動源に接続する回転軸の軸受装置も大型化と重量増大の原因となっていることが明らかになった。すなわち電動モータが高い水密性を要求することから電動モータ側の軸受装置にも高い水密性が必要となり、従来の軸受装置ではそのシール部にメカニカルシールが用いられ、このことが大型化と重量増大をもたらしていた。
【０００５】
メカニカルシールが用いられた従来の軸受装置の代表的な構造例を図６に示す。軸受装置は、図示を省略してある電動モータに接続する回転軸２を支持するラジアル軸受５と、メカニカルシール８で構成されている。このように回転軸２のシールにメカニカルシール８を用いる構造においては、そのメカニカルシール８自体が比較的大きなサイズであり重量も重いことに加えて、浸入した水を溜めておく浸水溜り９やこの浸水溜り９への浸水を検知する浸水検知器１０などが必要となり、これらによりさらに軸受装置の大型化や重量増大をもたらすことになる。
【０００６】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、水中ポンプ、特に非常時の排水用である排水ポンプ車などに好適なものとして用いられ水中ポンプのより一層の小型軽量化を図ることを目的とし、またそのような水中ポンプを搭載した排水ポンプ車の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、駆動源と、前記駆動源に羽根車を接続する回転軸と、前記回転軸の前記駆動源側における支持をなす軸受装置とを備え且つ、前記駆動源として、水密性を必要としないかまたは低水密性を許容する駆動源が用いられ、前記軸受装置が軸受部とシール部を有している水中ポンプにおいて、前記シール部は、前記回転軸の周面に直接的に接触してシール機能を発揮し、且つ浸水許容性の環状のシール材で形成され、また前記軸受部は、前記回転軸の駆動源側端部に設けられ、且つ非錆性である軸受で形成されていると共に、前記シール部と前記軸受部の間にグリース充填部を有し、このグリース充填部に耐水性グリースが充填されていることを特徴としている。
【０００８】
上記目的を達成するために本発明では、駆動源と、前記駆動源に羽根車を接続する回転軸と、前記回転軸の前記駆動源側における支持をなす軸受装置とを備え且つ、前記駆動源として、水密性を必要としないかまたは低水密性を許容する駆動源が用いられ、前記軸受装置が軸受部とシール部を有しており、非常時の排水用である排水ポンプ車の水中ポンプにおいて、前記シール部は、前記回転軸の周面に直接的に接触してシール機能を発揮し、且つ浸水許容性の環状のシール材で形成され、また前記軸受部は、前記回転軸の駆動源側端部に設けられ、且つ非錆性である軸受で形成されていると共に、前記シール部と前記軸受部の間にグリース充填部を有し、このグリース充填部に耐水性グリースが充填されていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１に第１の実施形態による水中ポンプの構成を断面した状態で示し、図２にその一部を拡大して示す。本実施形態による水中ポンプは、水車駆動式であり、駆動源に水車４が用いられている。水車４は、ボリュートケーシング４９の内部に収納されており、ボリュートケーシング４９に固定のマウスリング２１とケーシング１２に固定のマウスリング１３により圧力バランスを保っている。この水車４は、ボリュートケーシング４９の流入口４８から矢印５６の如く流入してガイドベーン２２により整流されて矢印７の方向に流出する加圧水流により回転する。水車４の回転は、吐出しケーシング４６に収納されている羽根車５３に回転軸２を介して伝えられる。回転軸２は、水車４の近くに設けられている軸受装置１００と羽根車５３の近くに設けられている水中軸受５１、４４により支持されている。羽根車５３が回転すると、ストレーナ５０を通って矢印５５の如く吸込まれる水が羽根車５３により昇圧されて静翼４５を通り、矢印５４の如く吐出しケーシング４６から排出される。
【００１１】
本発明による水中ポンプはその軸受装置１００に主要な特徴がある。軸受装置１００はハウジング１で覆われている。ハウジング１は、これにボルト１６で取り付けられたエンドカバー１９により一端側が閉鎖され、ボリュートケーシング４９に組み付けられたケーシング１２にボルト１４で固定されている。このハウジング１の内部には、セラミック軸受１５で形成した軸受部、グリース充填部２０、および一対のオイルシール３ａ、３ｂで形成したシール部がこの順番で回転軸２の軸方向に配列されている。セラミック軸受１５は、回転軸２の端部に螺合するナット１８によりスリーブ１７を介して回転軸２に固定され、グリース充填部２０は、セラミック軸受１５とオイルシール３ｂの間の隙間として設けられ、オイルシール３（３ａ、３ｂ）は、スリーブ１７の外周面とハウジング１の内周面の間に形成された隙間に挿入されている。
【００１２】
オイルシール３は、回転周面用として用いられる一般的な環状オイルシールと同様な構造のものである。つまりオイルシール３は、回転軸２に対しこれを締め付けるように摺接することでシール機能を発揮するものである。このようなオイルシール３は、異物の侵入は効果的に防止するが多少の浸水は生じ得る。すなわち本発明による軸受装置１００は、回転軸に締め付けるように摺接してシール機能を発揮する簡易なタイプのシール材であるオイルシール３でシール部を形成することにより多少の浸水は許容する一方で、軸受部を耐水性で且つ非錆性であるセラミック軸受１５で形成することで、多少の浸水があっても錆の発生などのような浸水による悪影響を受けることがないようにして、軸受部の健全性を十分に確保しているものである。このように軸受装置１００を浸水許容構造としたのは、水車４を駆動源に用いていることと関連している。
【００１３】
水に漬かることを前提とする水車４を用いた駆動源についてはこれを水から隔離するための水密性を必要とせず、駆動源側の軸受装置１００にも高い水密性は不要である。本発明ではこのことに着目し、多少の浸水を許容するという考え方に基づいて軸受装置１００を上記のように構成している。このため、従来のメカニカルシール方式に比べてシール部の構造を格段に簡易化でき、これにより駆動源側の軸受装置の小型軽量化を大幅に図ることができている。上で説明したように従来の水中ポンプでその駆動源を水車にするだけでは小型軽量化が不十分で５０ｋｇ以下とすることが不可能であっが、上記のような構造の軸受装置１００とすることで、水中ポンプ全体の重量を例えば３０ｋｇ程度にすることも可能となる。このような重量は一人の作業者が人手だけで容易に扱うことを可能とする重量である。したがって本発明による水中ポンプを排水ポンプ車に用いることで、排水ポンプ車での水中ポンプに関する作業性を大幅に改善することが可能となる。
【００１４】
本発明による軸受装置１００は、以上のように水中ポンプ全体の小型軽量化に寄与できるという効果だけでなく、セラミック軸受１５とオイルシール３の組み込みを上記のような構造で行なっていることにより、これらセラミック軸受１５やオイルシール３の交換を容易に行なえるという効果もある。またオイルシール３がメカニカルシールに比して摩擦損失が小さいということから、ポンプの効率向上を得られるという効果もある。また本実施形態のように２個のオイルシール３ａ、３ｂを用い、これらを図に示すように対称的に配置することにより、軸受がかじるような異物の侵入をより効果的に防止できるとともに、グリース充填部２０からのグリースの流出もより効果的に防止できる。
【００１５】
またセラミック軸受１５とオイルシール３の間にグリース充填部２０を設けている軸受装置１００にあっては、かりに異物がオイルシール３を通って侵入してもこの異物がセラミック軸受１５まで至るのをグリース充填部２０に充填のグリースで防止でき、それだけセラミック軸受１５の健全性を高めることができる。またグリース充填部２０に例えばウレア系グリースのような耐水性のグリースを用いることで、オイルシール３の摩耗を低減し、その長寿命化を図ることができる。さらに耐水性グリースには、混水時のせん断安定性と潤滑能力を保持する性質があるので、軸受の健全性をさらに高める効果も得られる。
【００１６】
次ぎに、以上のような水中ポンプを利用した排水ポンプ車の一実施形態について説明する。図３に本実施形態による排水ポンプ車のシステム構成を示す。排水ポンプ車は、車両３８に、水槽３１、加圧ポンプ３２、動力伝達装置３３、排水ホース３４、水車駆動式水力ポンプ３５（上記実施形態による水中ポンプ）、水中モータポンプ３６、取水ホース３７、加圧ホース３９および自家発電機４７等を搭載した構成となっている。このような排水ポンプ車による排水作業を以下のように行なわれる。まず準備作業として、取水ホース３７を接続した水中モータポンプ３６を排水対象の滞水域に投入するとともに、排水ホース３４と加圧ホース３９を接続した水車駆動式水力ポンプ３５も排水対象の滞水域に投入し、それから排水作業を開始する。排水作業では、自家発電機４７の電力により水中モータポンプ３６を駆動し、取水ホース３７を介して車両３８上の水槽３１に水力ポンプ駆動用水を取水する。水槽３１に取水された水力ポンプ駆動用水は、車両３８のエンジン動力を伝達する動力伝達装置３３で駆動される加圧ポンプ３２により高圧に昇圧され、加圧ホース３９を介して水車駆動式水力ポンプ３５に送水される。水車駆動式水力ポンプ３５に送水された加圧水は、図１に関して上で説明したように、ボリュートケーシング４９の流入口４８から流入して駆動式水力ポンプ３５を駆動させ、これにより吐出しケーシング４６に接続の排水ホース３４を通して排水をなす。なお本実施形態では電動式の水中モータポンプ３６も搭載設備の一つとしているが、この水中モータポンプ３６は、水車駆動式水力ポンプ３５の駆動用である水の取水用であり、水車駆動式水力ポンプ３５に比べて例えば１／５以下の容量で済む。そのため電動式であっても軽量であり、人手だけでも容易に扱うことができる。
【００１７】
図４に第２の実施形態による水中ポンプの軸受装置部分と駆動源部分の構成を一部断面した状態で示す。本実施形態による水中ポンプは、油圧モータ駆動式であり、駆動源に油圧モータ２７が用いられている。油圧モータ２７は、油圧配管ポート２９、３０を介して圧油の流入と流出をなし、これにより回転駆動力を発生する。油圧モータ２７の回転駆動力は、第１の実施形態による水中ポンプにおけるのと同じ回転軸２に螺合で接続された油圧モータ２７のシャフト２８を介して回転軸２に伝えられる。回転軸２は、ボルト２６で油圧モータ２７に固定のハウジング２３に収納してある軸受装置にその油圧モータ２７側を支持されている。なお回転軸２から先の構造は第１の実施形態におけるそれと同様なので、その説明は省略する。
【００１８】
軸受装置は、セラミック軸受１５で形成した軸受部、グリース充填部２０、およびオイルシール３で形成したシール部がこの順番で回転軸２の軸方向に配列さた構成となっている。そのセラミック軸受１５は、ナット１８により回転軸２に固定されるとともに、プレート２４でハウジング２３に固定されている。このような軸受装置は基本的には第１の実施形態におけるそれと同様である。すなわち駆動源に用いた油圧モータ２７がそれほど高い水密性を必要としないことを利用し、多少の浸水は許容するという考え方に基づいており、第１の実施形態と同様に小型軽量化をもたらす。実際にも水車式より若干重くなるものの、本実施形態の水中ポンプはその全体として容量にもよるが、例えば５０ｋｇ程度の重量とすることも可能であり、この程度であれば、人手だけでも容易に扱うことも可能な範囲にできる。なお本実施形態における軸受装置はその他の効果についても第１の実施形態と同様にもたらすことができる。
【００１９】
図５に図４の水中ポンプを用いた一実施形態による排水ポンプ車のシステム構成を示す。油圧モータ駆動式の水中ポンプを用いる場合には、車両３８に搭載する設備一式を水車駆動式の場合よりも簡単なものにすることができる。具体的には動力伝達装置３３、排水ホース３４、油圧ユニット４０、油圧ホース４３、５２、および油圧モータ駆動式の水中ポンプ４２（上記第２の実施形態による水中ポンプ）で搭載設備一式となる。この排水ポンプ車による排水作業を以下のように行なわれる。準備作業として、排水ホース３４と油圧ホース４３、５２を接続した水中ポンプ４２を排水対象の滞水域に投入し、それから排水作業を開始する。排水作業では、車両３８のエンジン動力を伝達する動力伝達装置３３で駆動される油圧ユニット４０により発生させた圧油を油圧ホース４３、５２で循環させて水中ポンプ４２の油圧モータを駆動させ、これにより吐出しケーシング４６に接続の排水ホース３４を通して排水をなす。
【００２０】
ここで、以上の実施形態では耐水性で且つ非錆性であるセラミック軸受１５としてセラミック製の転がり軸受を用いたが、この他に例えばセラミック製のカットレスベアリングやスラストベアリングも用いることができ、さらにセラミック製の他にも樹脂製のベアリングを耐水性で且つ非錆性である軸受として用いることができ、これらでも同様の効果を得ることができる。また以上の実施形態では、回転軸に締め付けるように摺接してシール機能を発揮する簡易なタイプのシール材としてオイルシール３を用いていたが、これに代えてオーリング等のシール材を使用することも可能で、これらでも同様の効果を得ることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、駆動源に例えば水車や油圧モータのような電動モータに比べて小型軽量である駆動源を用いて水中ポンプの小型軽量化を図る構成について、水車や油圧モータなどの駆動源が水密性を必要としないかまたは低水密性を許容することに着目し、多少の浸水は許容するという考え方で軸受装置を構成するものとし、その具体的構成として、回転軸の周面に直接的に接触してシール機能を発揮し、且つ浸水許容性の環状のシール材で軸受装置のシール部を形成し、また回転軸の駆動源側端部に設けられ、且つ非錆性である軸受で軸受装置の軸受部を形成すると共に、シール部と軸受部の間にグリース充填部を形成し、このグリース充填部に耐水性グリースを充填している。そのため、従来のメカニカルシール方式に比べてシール部の構造を格段に簡易化でき、これにより軸受装置の小型軽量化を大幅に図ることができる。この結果、本発明によれば、駆動源の小型軽量化と相まって水中ポンプを人手による作業性で求められるようなレベルまで小型軽量化することが可能となる。
また浸水許容性の環状のシール材を使用したため、異物がシール材を通って侵入しても、この異物が軸受部まで至るのをグリース充填部に充填したグリースで防止でき、それだけ軸受の健全性を高めることができると共に、グリース充填部に耐水性のグリースを充填することで、シールの摩耗を低減し、その長寿命化を図ることができる上、耐水性グリースには、混水時のせん断安定性と潤滑能力を保持する性質があるので、軸受の健全性をさらに高める効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による水中ポンプの構成を断面した状態で示す図である。
【図２】図１の水中ポンプの要部拡大図である。
【図３】図１の水中ポンプを設備の一つとして搭載した、一実施形態による排水ポンプ車のシステム構成図である。
【図４】第２の実施形態による水中ポンプの軸受装置部分と駆動源部分の構成を一部断面した状態で示す図である。
【図５】図４の水中ポンプを設備の一つとして搭載した、一実施形態による排水ポンプ車のシステム構成図である。
【図６】従来の水中ポンプにおける軸受装置部分を断面した状態で示す図である。
【符号の説明】
２回転軸
３オイルシール（シール材）
４水車（駆動源）
１５セラミック軸受（軸受）
２０グリース充填部
２７油圧モータ（駆動源）
３５水車駆動式水力ポンプ（水中ポンプ）
３８排水ポンプ車の車両
４２水中ポンプ
５３羽根車
１００軸受装置

Claims

駆動源と、前記駆動源に羽根車を接続する回転軸と、前記回転軸の前記駆動源側における支持をなす軸受装置とを備え且つ、前記駆動源として、水密性を必要としないかまたは低水密性を許容する駆動源が用いられ、前記軸受装置が軸受部とシール部を有している水中ポンプにおいて、前記シール部は、前記回転軸の周面に直接的に接触してシール機能を発揮し、且つ浸水許容性の環状のシール材で形成され、また前記軸受部は、前記回転軸の駆動源側端部に設けられ、且つ非錆性である軸受で形成されていると共に、前記シール部と前記軸受部の間にグリース充填部を有し、このグリース充填部に耐水性グリースが充填されていることを特徴とする水中ポンプ。
駆動源と、前記駆動源に羽根車を接続する回転軸と、前記回転軸の前記駆動源側における支持をなす軸受装置とを備え且つ、前記駆動源として、水密性を必要としないかまたは低水密性を許容する駆動源が用いられ、前記軸受装置が軸受部とシール部を有しており、非常時の排水用である排水ポンプ車の水中ポンプにおいて、前記シール部は、前記回転軸の周面に直接的に接触してシール機能を発揮し、且つ浸水許容性の環状のシール材で形成され、また前記軸受部は、前記回転軸の駆動源側端部に設けられ、且つ非錆性である軸受で形成されていると共に、前記シール部と前記軸受部の間にグリース充填部を有し、このグリース充填部に耐水性グリースが充填されていることを特徴とする排水ポンプ車の水中ポンプ。