JPH0150179B2 - - 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、就中温水が湧出する井戸、即ち温水
井戸用の水中モータポンプのモータの軸封装置に
関する。

従来、不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
に嵌入する硬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。このたま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、深さが数百米に及ぶ
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。

本発明は高温もしくは高圧又は高温高圧の水中
において用いられる水中モータポンプにおいて、
高温もしくは高圧又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。

本発明は上部にモータ軸の出力軸端が突出し、
該モータ軸を軸封するメカニカルシールを備え、
下部にモータ室の封入液に対する膨張吸収装置を
配設し、モータ枠内に封入液を封じた立型の水中
モータにおいて、メカニカルシールケース、メカ
ニカルシール室、メカニカルシール室の封入液、
メカニカルシール室の封入液に対する膨張吸収装
置を有し、メカニカルシールは回転子室とメカニ
カルシール室、メカニカルシール室と水中モータ
の外部との間を軸封するものであり、メカニカル
シールケースはモータ枠の一部であり、メカニカ
ルシールケースはメカニカルシールを内包してメ
カニカルシール室を形成し、メカニカルシール室
の封入液はメカニカルシール室に密封されたもの
であり、メカニカルシールケースにメカニカルシ
ール室の封入液に対する膨張吸収装置を取着した
ことを特徴とする立型の水中モータである。

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。板金製円
筒形のフレーム１内には固定子２が固定され両側
にはリング状の上部フレーム側板３、下部フレー
ム側板４が圧入固定されている。上部フレーム側
板３には密封輪５を介して上部ブラケツト６が嵌
入し、上部ブラケツト６に上部ラジアルメタル７
が図示しない回り止めピンを介して嵌入してい
る。下部フレーム側板４には密封輪８を介して下
部ブラケツト９が嵌入しボルト１９で固定され、
下部ブラケツト９には図示しない回り止めピンを
介し下部ラジアルメタル１０が嵌入している。上
部ラジアルメタル７と下部ラジアルメタル１０に
は固定子２とステータキヤン１１を介してステー
タキヤン１１とわずかに〓間をおいて配された回
転子１２が圧入固定されたモータ軸１３が滑入し
ている。１４はモータ軸１３に圧入固定された動
的バランスを調整するバランスリングである。

モータ軸１３の下端は自動調心形スラスト軸受
１５の上端の回転円板１６をキー１７を介して圧
入して嵌合している。自動調心形スラスト軸受１
５はレベリングデイスク１８に担持される摺動部
材がレベリングデイスク１８がスラストハウジン
グ２０にねじ込まれたアジヤストスクリユー２１
の上端の半球形面にて自在に首振り可能に支持さ
れることにより揺動自在に支持されていて、レベ
リングデイスク１８に移動しないように揺動自在
に取付けられ、レベリングデイスク１８端面円周
上に配された反負荷側スラスト受２２と回転円板
１６にピン２３により回り止めされて嵌入する円
環形のスラストカーボン板２４が摺動するように
なつており、水中モータに連結されるポンプの運
転によるスラストと図示されてないモータ軸１３
端の軸接手、回転子１２およびモータ軸１３等の
重量とを負荷とし支えている。アジヤストスクリ
ユー２１はストストハウジング２０にモータ軸１
３の位置を調整してねじ止めされロツクナツト２
５により固定する。スラストハウジング２０は端
部のめねじを下部ブラケツト９にシール剤を用い
ねじ込み固定し、小ねじ２６で回り止めする。固
定子２のコイル２７は三芯平形ケーブルコネクタ
２８に結線され、三芯平形ケーブルコネクタ２８
は上部フレーム側板３の軸方向に設けた円孔に密
封手段により水密を計られ、貫通し、ケーブル２
９につながり外部より三相交流の電力を受けるよ
うになつている。固定子２の内周に接するように
板金製円筒形のステータキヤン１１の両側が上部
フレーム側板３、下部フレーム側板４に溶接され
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とダイヤフラ
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。そしてばね受板３３の中心孔がダイヤフラ
ム３０の中心に設けたボス３０ａに位置決め嵌入
している。上記ダイヤフラム３０、押え板３２、
ばね受板３３、コイルばね３４によつて回転子室
Ｃ内部封入液５８の膨脹吸収装置を構成してい
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、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のボルト孔を挿通してボルト３
９をメカニカルシールケース３８にぜじ込み、上
部ブラケツト６と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３８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４
２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はモータ軸１３とは〓間を
おいた円筒形部４４及びメカニカルシールカバー
部４６を有している。メカニカルシールカバー部
４６の両側間は連通するようにしてある。メカブ
ラケツト４２とメカニカルシールカバー部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部
４６と上部ブラケツト６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
して夫々上部ブラケツト６とメカブラケツト４２
のメカニカルシールカバー部４６に嵌入してボル
ト４９により夫々上部ブラケツト６とメカニカル
シールカバー部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と、
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。押え板５０の
突起５０ａは摺動環５１の溝５１ａに係合し、摺
動環５１の回り止めとなつている。

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〓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の円筒形部４４、同じくメ
カニカルシールカバー部４６、上側の摺動環５１
とモータ軸１３間の〓間をとおり、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５
１，５３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、上記ブラケツト６に注
入口に設けておいて封入液５８を注入して栓８８
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はメカニカ
ルシールケース３８に栓８９をねじ込んだ封入液
の注入口を設けて残留空気を残さないようにして
封入液６３が封入してある。

メカニカルシールケース３８の封入液の膨腸吸
収室Ｂの位置でメカニカルシールケース３８の半
径方向の段孔にダイヤフラム８３が嵌入し、ダイ
ヤフラム８３の外フランジを押圧するようにメカ
ニカルシールケース３８の段孔の孔８６をあけた
押え板８０が圧入され、ダイヤフラム８３がメカ
ニカルシールケース３８に水密に固定されてい
る。押え板８０とダイヤフラム８３の底面に当接
固定したばね受板８５間には圧縮された状態で円
錐型のコイルばね８４が挿入されている。そして
ばね受板８５の中心孔がダイヤフラム８３の中心
に設けたボス３３ａに嵌入している。

このダイヤフラム８３等により封入液の膨脹吸
収装置は膨脹吸収室Ｂの体積を変化させ得る他の
形式の例えばベローズに置き変えてもよい。

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コネ
クタ２８を介して固定子コイル２７に通電され、
回転子１２は回転力を得てモータ軸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はラ
ジアルメタル７，１０によりラジアル荷重を担持
され、スラスト軸受１５によりポンプ推力及びモ
ータ軸１３が担持する物の重量を支持する。そし
てモータ軸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の円筒形部４４、
メカニカルシールカバー部４６、上側の摺動環５
１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からなるメカニカルシール室の封入液６３も高
温水により温度上昇して膨脹し、そしてダイヤフ
ラム８３をばね８４に抗して外方に向つて変形さ
せる外部側の圧力とばね８４の弾力の合計と封入
液６３の圧力が釣合うものである。

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しダ
イヤフラム８３を圧縮し封入液６３と外部圧力が
バランスする。メカニカルシール室封入液６３と
外部圧力とは常にバランスしており、且つ摺動環
５１と５３の摺動面にはばね８４がばね定数が小
さく、且つ設定圧縮量を小さくしてあるから圧力
がほとんど働かないため、メカニカルシールの寿
命が長くなる。

本発明はメカニカルシールケース、メカニカル
シール室、メカニカルシール室の封入液、メカニ
カルシール室の封入液に対する膨張吸収装置を有
し、メカニカルシールは回転子室とメカニカルシ
ール室、メカニカルシール室と水中モータの外部
との間を軸封するものであり、メカニカルシール
ケースはモータ枠の一部であり、メカニカルシー
ルケースはメカニカルシールを内包してメカニカ
ルシール室を形成し、メカニカルシール室の封入
液はメカニカルシール室に密封されたものであ
り、メカニカルシールケースにメカニカルシール
室の封入液に対する膨張吸収装置を取着したこと
を特徴とする立型の水中モータので高温環境もし
くは高温高圧環境又は高圧環境下において用いて
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、３……上部フ
レーム側板、４……下部フレーム側板、５……密
封輪、６……上部ブラケツト、７……上部ラジア
ルメタル、８……密封輪、９……下部ブラケツ
ト、１０……下部ラジアルメタル、１１……ステ
ータキヤン、１２……回転子、１３……モータ
軸、１４……バランスリング、１５……スラスト
軸受、１６……回転円板、１７……キー、１８…
…レベリングデイスク、１９……ボルト、２０…
…スラストハウジング、２１……アジヤストスク
リユー、２２……スラスト受、２３……ピン、２
４……スラストカーボン板、２５……ロツクナツ
ト、２６……小ねじ、２７……ステータコイル、
２８……コネクタ、２９……ケーブル、３０……
ダイヤフラム、３１……孔、３２……押え板、３
３……ばね受板、３４……ばね、３７……密封
輪、３８……メカニカルシールケース、３９……
ボルト、４１……密封輪、４２……メカブラケツ
ト、４３……特殊ボルト、４４………円筒形部、
４６……メカニカルシールカバー部、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、５
５……舌部、５６……サンドスリンガー、５８…
…封入液、５９……封入空気、６１……封入液、
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 上部にモータ軸１３の出力軸端が突出し、該
   モータ軸１３を軸封するメカニカルシール４７を
   備え、下部にモータ室の封入液に対する膨張吸収
   装置を配設し、モータ枠内に封入液５８を封じた
   立型の水中モータにおいて、メカニカルシールケ
   ース３８、メカニカルシール室、メカニカルシー
   ル室の封入液６３、メカニカルシール室の封入液
   ６３に対する膨張吸収装置を有し、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、メ
   カニカルシール室と水中モータの外部との間を軸
   封するものであり、メカニカルシールケース３８
   はモータ枠の一部であり、メカニカルシールケー
   ス３８はメカニカルシール４７を内包してメカニ
   カルシール室を形成し、メカニカルシール室の封
   入液６３はメカニカルシール室に密封されたもの
   であり、メカニカルシールケース３８にメカニカ
   ルシール室の封入液６３に対する膨張吸収装置を
   取着したことを特徴とする立型の水中モータ。