JPH0150178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液封型モータを用いた水中モータポン
プのモータ、就中高圧又は高温もしくは高温高圧
の取扱液中で用いる水中モータポンプのモータの
軸封装置に関する。

従来、下部にモータを備え上部のポンプを駆動
するように全体が井戸に設置するのに適するよう
に筒状とした水中モータポンプは第１図から第４
図に縦断面図でモータ軸の片側のみを示すように
軸封装置を備える。第１図はモータの上部ブラケ
ツト７０に一対のオイルシール７１が間隔をあけ
間にシリコングリース７２を封入して抱合せて嵌
入してモータ軸１３を軸封し、モータ軸１３に対
して〓間少く配されるシールカバー７３が上部ブ
ラケツト７０に圧入されたものである。第２図は
第１図においてシリコングリース７２を入れない
で一対のオイルシール７１を当接したもので他は
第１図、第２図は同じである。第３図は第１図に
おいてシールカバー７３にフイルター７４を保持
してフイルター７４はモータ軸１３と摺擦するも
のである。

第１図乃至第３図に示した実施例ではオイルシ
ールを用いてありその耐圧も低い。そして第３図
に示されるようなフイルター７４は軟質多孔質材
が用いられるが砂を含む井戸水の場合は砂がフイ
ルター７４のフイルター７４とモータ軸１３の摺
動面側に附着してモータ軸１３を摩耗させる。

第４図はメカニカルシールを用いた例であり、
上部ブラケツト７０に嵌入するシールカバー７３
はモータ内部側にモータ軸１３に摺擦するダスト
シール７５を設けてある。メカニカルシールは上
部ブラケツトに摺動環７６がシート材７７を介し
て圧入され、モータ軸１３に軸方向移動可能に密
に嵌入する軸質有機材料の移動環７８に保持され
る摺動環７９が固定側の摺動環７６と摺動するよ
うになつており、移動環７８とモータ軸１３に移
動しないように圧入されたばね座環８１との間に
は圧縮ばね８２を備える。このようなメカニカル
シールを用いた従来例ではダストシール７５によ
り井戸水中の砂の浸入を防ぎメカニカルシールに
より耐圧も大きく、耐久力もあるが尚直接モータ
の内外圧差はメカニカルシールに加わる。

第１図から第４図に示すような軸封装置を備え
た水中モータポンプをポンプ揚水温度が高温度と
なる百メートル以上の深井戸や温泉水の湧出する
温泉井戸に挿入するとオイルシールを備えたもの
はオイルシールとモータ軸の摺動部の摩耗が促進
され軸封機能が失われる。このためモータの回転
子のある室内に井戸水が浸入することになる。

又、常温常圧でモータ内に封入してある封入液
は温水により加温され封入液の含有気体及び封入
液の封入時にモータ内に残留している気体等と共
に膨脹する。そしてこのような封入液及び気体の
膨脹は例えばダイヤフラム等の膨脹吸収装置をモ
ータ端に備えておいて内圧増大を抑制するが元来
が内部発生熱による封入液及び気体の膨脹を予定
して設けられているものが更に温泉水に加温され
極めて高温となり、封入液の膨脹を充分吸収する
ことができず内部圧が高くなつてしまいモータの
オイルシール、メカニカルシールのような軸封装
置に大きな圧力を加え軸封装置を破壊してしま
い、モータ内外が通ずるようになる。

軸封装置が破壊されると砂、酸性、アルカリ性
及び塩分を含む腐食摩耗を起す高温の温水がモー
タ内部に封入液と入替わつて入る。そして軸受の
摩耗焼付や回転子のコア及び二次導体の腐食を惹
起しモータのロツク、焼損を生じポンプが揚水不
能となる。

水中モータポンプの据付位置が深く、又動圧、
静圧の差が大きい場合には、水中モータへの外圧
が高くなり、回転子室の封入液中に含される溶存
空気が圧縮される。このため本来水中モータの運
転による温度上昇に伴なう封入液膨脹を吸収する
目的のダイヤフラムが回転子室側へ膨脹すること
により、ダイヤフラムを傷つけ、破損し、ポンプ
揚液を回転子室内に浸入させることになる。又、
オイルシール等の低圧力用回転シールを用いてい
る場合は外圧に耐え切れなくなり、オイルシール
部よりポンプ揚液が回転子室内に浸入することに
なる。従つて回転子室内に砂、酸性、アルカリ性
又は塩分を含む腐食、摩耗を生ぜしめる液が侵入
することになり、軸受の摩耗、焼付や回転子のコ
ア及び二次導体の腐食を惹起しモータのロツク、
焼損となりポンプが揚水不能となる。

オイルシールより高圧力に耐える第４図のよう
なメカニカルシールにおいても水中モータの負荷
側ブラケツト内に装着する場合は高圧力に耐える
メカニカルシールの装着が出来ないため上記と同
様の結果になる。

以上のように従来の水中モータポンプでは高温
揚水に基づく問題点があり、深さが数百米に及び
井戸の場合は更に水中モータポンプの設置場合の
水深が深いことに基づく問題点とがあつた。又、
水深の深い井戸から高圧の冷水を汲み上げる場合
も同様の問題点がある。

本発明は高圧又は高温もしくは高温高圧環境の
水中において用いられる水中モータポンプにおい
て、高圧又は高温もしくは高温高圧に適応し、耐
圧力の大きな軸封装置を備えた封液形水中モータ
を提供することを目的とするものである。

本発明はモータ軸の出力軸端が上部から突出
し、モータ枠、仕切壁、メカニカルシール、メカ
ニカルシール室を有し、モータ枠はモータ内部を
軸方向で仕切壁で仕切つて回転子室とメカニカル
シール室を形成し、メカニカルシールは回転子室
とメカニカルシール室間を軸封すると共にメカニ
カルシール室とモータ外部間とを軸封した立型の
水中モータにおいて、前記メカニカルシール室は
軸封室に連通して軸封室の上部に連設された封入
液膨脹吸収室を有し、軸封室にはメカニカルシー
ルを収容し、封入液膨脹吸収室の空気封入部分を
除いてメカニカルシール室に封入液を封入してな
る軸封装置を備えた水中モータである。

以下本発明の実施例を図面に従つて説明する。
第５図は縦断面図である。但し図形は90度回動し
て示してあり、図の右側が上部である。この実施
例は固定子２を密閉し、固定子２と回転子１２間
を仕切るステータキヤン１１を備えたキヤンドモ
ータの場合である。モータ枠は上部ブラケツト６
から下部のスラストハウジング２０内まで内部は
連通して封入液が封入されている。

スラストハウジング２０の下部にはダイヤフラ
ム３０が嵌入し、ダイヤフラム３０の外フランジ
部を押圧するようにスラストハウジング２０の下
端の円筒孔に孔３１をあけた押え板３２が圧入さ
れダイヤフラム３０がスラストハウジング２０に
水密に固定されている。押え板３２とダイラフラ
ム３０の底面に当接したばね受板３３間には圧縮
された状態で円錐型コイルばね３４が挿入されて
いる。

第６図は第５図の一部拡大図である。上部ブラ
ケツト６には密封輪３５を介して複合したメカニ
カルシール４７の一方の端を担持し、軸封室Ａの
一方の端壁を形成するスペーサ（以下メカスペー
サと称す）３６が嵌入し、回転子赦Ｃとメカニカ
ルシール室との仕切壁としてのメカスペーサ３６
には密封輪３７を介してメカニカルシールケース
３８が嵌入し、上部ブラケツト６とメカスペーサ
３６のボルト孔を挿通してボルト３９をメカニカ
ルシールケース３８にねじ込み、上部ブラケツト
６、メカスペーサ３６、メカニカルシールケース
３８を固定してある。メカニカルシールケース３
８には密封輪４１を介してメカニカルシール４７
の他方の端を担持するためのブラケツト（以下メ
カブラケツトと称す）４２が嵌入し、メカブラケ
ツト４２のボルト孔を挿通して中央部に六角形の
工具係合部のある両側軸部にねじを備え水中ポン
プを締結するための特殊ボルト４３がメカニカル
シールケース３８にねじ込まれている。

メカブラケツト４２にはモータ軸１３とは〓間
をおいた円筒形スリーブ４４の一端が圧入固定さ
れ、円筒形スリーブ４４の他端はメカニカルシー
ルカバー４６に圧入固定されている。メカニカル
シールカバー４６の両側間は連通するようにして
あり、この実施例ではメカニカルシールケース３
８とメカニカルシールカバー４６間に細〓を設け
てある。あるいはメカニカルシールケース３８に
メカニカルシールカバー４６を密に嵌入してメカ
ニカルシールカバー４６の両側を連通する穴をあ
けてもよい。メカブラケツト４２とメカニカルシ
ールカバー４６間のメカニカルシールケース３８
内は封入液膨脹吸収室Ｂとなつている。メカニカ
ルシールカバー４６とメカスペーサ３６との間に
は複合メカニカルシール４７が装備される。かく
して軸封室Ａと封入液膨脹吸収室Ｂは連通するメ
カニカルシール室を形成している。

複合のメカニカルシール４７は密封輪４８を介
して夫々メカスペーサ３６とメカニカルシールカ
バー４６に嵌入してボルト４９によりメカスペー
サ３６とメカニカルシールカバー４６に固定され
た押え板５０により押えられた摺動環５１と、モ
ータ軸１３に軸方向移動可能に密に嵌入する一対
の移動環５２、移動環５２に保持されて固定側の
摺動環５１と移動する移動側の摺動環５３と、一
対の移動環５２の間に挿入され移動環５２を軸方
向に附勢して移動側の摺動環５３を固定側の摺動
環５１に押圧する圧縮ばね５４とからなつてい
る。

メカブラケツト４２の外部側の円筒形舌部５５
の外周とモータ軸１３に圧入されたサンドスリン
ガー５６との間は隙間少く接近しており、サンド
スリンガー５６の回転による遠心力により砂等の
異物を排除するようになつている。従つて井戸水
はメカブラケツト４２、スリーブ４４、メカニカ
ルシールカバー４６、上側の摺動環５１とモータ
軸１３間の隙間をとり、砂を含まない液体がメカ
ニカルシール４７の上側の摺動環５１，５３の摺
動面に達し、外部側の摺動面の無潤滑運転が防止
されている。

モータの回転子１２を含む回転子室Ｃには封入
液５８が可及的空〓を生じないように封入されて
いる。封入液５８は組立時上部ブラケツト６まで
を下部から組み上げた際に上部ブラケツト６の中
心孔から注入してもよく、図示されないが上部ブ
ラケツト６もしくはメカスペーサ３６に注入口を
設けておいて封入液５８を注入して栓をする。固
定子２を含む固定子室Ｄは上部に常圧の封入空気
５９の残つた空間を残して封入液６１が封入して
ある。複合のメカニカルシール４７を含む軸封室
Ａ及び封入液膨脹吸収室Ｂは上部に常圧空気６２
を封入した空間を残すようにして封入液６３が封
入してある。尚第６図のＡ−Ａ断面図の第７図に
示すように軸封室Ａに半径方向の回動しないメカ
ニカルシールケース３８に固定した羽根６４を備
えておくと、封入液６３の撹拌を抑制できる。

このような水中モータはフレーム１の円筒の軸
方向延長面内に総ての構成物があるように構成さ
れており、メカブラケツト４２端に外部の取扱液
が自由に入る開放された中継ケーシングを介して
同様に全体としては円筒状の水中ポンプが締結さ
れ、モータ軸１３端に軸継手によりポンプ軸が連
結されるようになつている（図示されない）。

こゝで封入液を例示すると、固定子室Ｄの封入
液６１は絶縁油であり、回転子室Ｃの封入液５８
はプロピレングリコール又はシリコンオイルであ
り、軸封室Ａ、及び封入液膨脹吸収室Ｂの封入液
６３は油圧作動油又はシリコンオイルである。

ケーブル２９により地上から給電されると固定
子コイル２７に通電され、回転子１２は回動力を
得てモータ軸１３は回転し、図示されない水中ポ
ンプを軸継手を介して回転して井戸の水を汲み上
げる。モータ軸１３が外部へ出る部分はサンドス
リンガー５６とメカブラケツト４２の舌部５５間
で砂等の微小固形物の浸入は排除され、井戸水は
モータ軸１３とメカブラケツト４２、スリーブ４
４、メカニカルシールカバー４６、上側の摺動環
５１との〓間からメカニカルシール４７の外部側
に達し、内外圧の差はあつても複合メカニカルシ
ール４７により軸封される。

今、高温水の湧出する温水井戸中に本発明の水
中モータを用いた水中モータポンプを設置すると
高温度の温水のため、固定子室Ｄの封入液６１、
回転子室Ｃの封入液５８、軸封室Ａ及び封入液膨
脹吸収室Ｂの封入液６３は加温される。その際、
固定子室Ｄの封入液６１の膨脹は封入空気５９を
圧縮して発生圧力を抑制する。回転子室Ｃでは封
入液５８及び回転子室Ｃに残留した空気や封入液
５８が含有する気体及び封入液５８と内部の金属
と反応して生じた気体が加温され膨脹する。そし
てダイヤフラム３０をばね３４に抗して外方に向
つて変形させる。外部側の圧力とばね３４の弾力
の合計と回転子室Ｃの封入液５８の圧力が釣合う
ものである。一方軸封室Ａ及び封入液膨脹吸収室
Ｂの封入液６３も高温水により温度上昇して膨脹
し、上部の封入空気６２を圧縮して圧力を発生す
る。

かゝる高温水による回転子室Ｃの封入液５８の
加温とモータ運転による発生熱による昇温はダイ
ヤフラム３０とばね３４で吸収するものであるが
ダイヤフラム３０の変形限度に達すると回転子室
Ｃの封入液５８の圧力が急上昇し、メカニカルシ
ール４７に加わる。軸封室Ａと封入液膨脹吸収室
Ｂの封入液６３は高温水により加温され膨脹す
る。そして封入液膨脹吸収室Ｂの封入空気６２は
圧縮され圧力を発生する。かゝる発生圧力は井戸
の静水圧と回転子室Ｃの封入液５８の前述した高
温水とモータ運転の発生熱に基づく圧力の中間の
圧力となるように軸封室Ａと封入液膨脹吸収室Ｂ
の容積、封入液６３の量、及び封入液６３と封入
空気６２の量の割合、封入液６３の膨脹係数等を
選んであるのでメカニカルシール４７は回転子室
Ｃの封入液５８の圧力と外部高温水の圧力差より
も小さな圧力差を受けることにより、メカニカル
シール４７の耐圧力を増大させる効果となる。

最初にのべたように水中モータポンプの据付位
置が深く、又、動圧、静圧の差が大きい場合は水
中モータの外圧が高くなる。かゝる外圧の大きく
なる深井戸の場合は湧水が高温度となつているか
ら前述した処と同じく軸封室Ａ、封入液膨脹吸収
室Ｂの封入液６３は昇温して圧力上昇しているの
でメカニカルシール４７はその差分だけの圧力を
受けることになる。又、冷水深井戸であつて高温
でないまでも取扱液は或程度昇温しているので同
様の作用が生ずる。

以上の説明において封入液膨脹吸収室Ｂには封
入空気６２を封入してあるがこれは軟質弾性体の
例えば小球状の容器中に空気を封入したものを多
数封入液膨脹吸収室Ｂに入れておくようにしても
よい。或は又、メカニカルシール４７の冷却潤滑
に適し且つ、気体を含有できる封入液としてもよ
い。

本発明はモータ軸の出力軸端が上部から突出
し、モータ枠、仕切壁、メカニカルシール、メカ
ニカルシール室を有し、モータ枠はモータ内部を
軸方向で仕切壁で仕切つて回転子室とメカニカル
シール室を形成し、メカニカルシールは回転子室
とメカニカルシール室間を軸封すると共にメカニ
カルシール室とモータ外部間とを軸封した立型の
水中モータにおいて、前記メカニカルシール室は
軸封室に連通して軸封室の上部に連設された封入
液膨脹吸収室を有し、軸封室にはメカニカルシー
ルを収容し、封入液膨脹吸収室の空気封入部分を
除いてメカニカルシール室に封入液を封入してな
る軸封装置を備えた水中モータであるから高圧又
は高温環境もしくは高温高圧下において用いてメ
カニカルシール室と回転子室、メカニカルシール
室と外部取扱液間の差圧が小さくなり、水中ポン
プの耐圧力が増し、耐久性がある。

実施例はキヤンドモータについてのべたがステ
ータキヤン１１を備えない水中モータも本発明に
含まれることはいうまでもない処である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は従来例の縦断面図、第５図
は本発明の実施例の縦断面図、第６図は第５図の
部分拡大図、第７図は第６図のＡ−Ａ断面図であ
る。 １……フレーム、２……固定子、６……上部ブ
ラケツト、１１……ステータキヤン、１２……回
転子、１３……モータ軸、２０……スラストハウ
ジング、２７……ステータコイル、２９……ケー
ブル、３０……ダイヤフラム、３１……孔、３２
……押え板、３３……ばね受板、３４……ばね、
３５……密封輪、３６……メカスペーサ、３７…
…密封輪、３８……メカニカルシールケース、３
９……ボルト、４１……密封輪、４２……メカブ
ラケツト、４３……特殊ボルト、４４……スリー
ブ、４６……メカニカルシールカバー、４７……
メカニカルシール、４８……密封輪、４９……ボ
ルト、５０……押え板、５１……摺動環、５２…
…移動環、５３……摺動環、５４……圧縮ばね、
５５……舌部、５６……サンドスリンガー、５８
……封入液、５９……封入空気、６１……封入
液、６２……封入空気、６３……封入液、６４…
…羽根、７０……上部ブラケツト、７１……オイ
ルシール、７２……シリコングリース、７３……
シールカバー、７４……フイルター、７５……ダ
ストシール、７６……摺動環、７７……シート
材、７８……移動環、７９……摺動環、８１……
ばね座環、８２……圧縮ばね、Ａ……軸封室、Ｂ
……封入液膨脹吸収室、Ｃ……回転子室、Ｄ……
固定子室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モータ軸１３の出力軸端が上部から突出し、
   モータ枠、仕切壁３６、メカニカルシール４７、
   メカニカルシール室を有し、モータ枠はモータ内
   部を軸方向で仕切壁３６で仕切つて回転子室Ｃと
   メカニカルシール室を形成し、メカニカルシール
   ４７は回転子室Ｃとメカニカルシール室間を軸封
   すると共にメカニカルシール室とモータ外部間と
   を軸封した立型の水中モータにおいて、前記メカ
   ニカルシール室は軸封室Ａと軸封室Ａに連通して
   軸封室Ａの上部に連設された封入液膨脹吸収室Ｂ
   を有し、軸封室Ａにはメカニカルシール４７を収
   容し、封入液膨脹吸収室Ｂの空気封入部分を除い
   てメカニカルシール室に封入液を封入してなる軸
   封装置を備えた水中モータ。