JPH088318Y2 - キャンドモータポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、キャンドモータポンプに係わり、キャンド
モータポンプのキャン隙間を流れる取扱流体の動的流体
力に起因して発生する不安定振動を広範囲にわたって抑
制する構造に関する。

（従来の技術） ポンプとキャンドモータを液密に一体に結合して軸封
部のない安全無漏洩構造としたキャンドモータポンプ
は、一般に、第５図に示すように、キャンドモータ１の
固定子２と回転子３にそれぞれ固定子キャン４および回
転子キャン５を被着して、固定子２および回転子３を取
扱流体から遮断しており、ポンプ吐出側６のポンプ取扱
液の一部を循環パイプ７を経てキャンドモータ１内に導
き、後部ベアリング８を潤滑し、固定子キャン４と回転
子キャン５とのキャン隙間９を流して固定子２と回転子
３とを冷却し、前部ベアリング10を潤滑した後、インペ
ラ11のバランスホール12からポンプ吸込側13へと戻して
循環させる構成が採られている。

（考案が解決しようとする課題） このキャンドモータポンプにおいては、前記キャン隙
間９を流れる取扱流体の動的流体力によって回転子３に
不安定力化が作用し、ポンプ軸系の振動に重要な影響を
及ぼす虞がある。

このキャン隙間９の動的流体力による不安定振動を抑
制するには、回転子３の軸方向長に対する直径比L/D、
キャン隙間９の径方向長、キャン隙間９の入口側と出口
側との圧力差などを変更することが考えられる。

しかし、回転子の軸方向長さに対する直径比L/Dの変
更については、同一出力のキャンドモータ１に組み合わ
されるポンプ14は低揚程大流量から高揚程少流量まで種
々様々でそのポンプ仕様が異なる毎に不安定振動の発生
の有無および様相が異なるので、回転子３のL/Dが異な
る同一出力のキャンドモータ１を複数用意しなければな
らず、極めて不経済であり、しかも回転子３のL/Dはモ
ータ性能を犠牲にしない範囲において液中で回転する回
転子３の円板摩擦損失および固定子キャン４に生じる渦
電流によるキャン損失を極力少なくするように最適設計
されているので、回転子３のL/Dを変更するとキャンド
モータポンプの効率が、特に大型機になるほど大幅に低
下し、非現実的である。

また、キャン隙間９の径方向長の変更については、例
えば、直径が僅か異なる別の回転子３を用いることによ
って変更できるが、前述のようにキャンドモータ１に組
み合わされるポンプ14の仕様が種々異なる毎に直径が僅
かずつ異なる複数種類の回転子３を用意しなければなら
ず、生産管理が極めて煩雑でかなり割高について実用的
ではなく、キャン隙間９の入口側と出口側との圧力差の
変更については、例えば、循環パイプ７の途中にバルブ
を設けることによって行えるものの、固定子２と回転子
３との冷却に必要な流量を確保しなければならない関係
上、その変更範囲が狭く限定され、特にポンプ取扱液が
高温である場合やポンプ14が低揚程大流量である場合は
適用が困難となるなど、実用上の効果はあまり期待でき
ない。

ところで、前記キャンドモータポンプにおいては、キ
ャン隙間９を流れる取扱流体による固定子２の冷却効果
を高めるために、外径を固定子２の内径より僅か大きく
形成した固定子キャン４を冷却により縮径して固定子２
に装入する冷し嵌めの手段にて、または前記寸法の固定
子キャン４を加熱により拡径した固定子２に装入する焼
き嵌めの手段にて、固定子キャン４を固定子２に圧着さ
せて固定キャン４と固定子２間の熱伝達度を高くするこ
とが考えられるが、いずれの場合も、固定子キャン４が
薄肉で熱容量が極めて小さいため、固定子キャン４を固
定子２に装入する際、固定子キャン４が固定子２に接触
すると固定子キャン４の温度が固定子２の温度に急激に
近づいて完全に装入されないうちに固定子キャン４が固
定子２に圧着されてしまうので、作業が極めて困難で歩
留りが悪く実用的ではない。

そこで、特公昭46-25411号公報に記載の「キャンドモ
ータのステータ内筒の成形方法」などの液圧成形の手段
によって、固定子キャン４を固定子２の内周面に押し拡
げて圧着させることにより、固定子キャン４と固定子２
間の熱伝達度を高めることが行われているが、液圧成形
後に固定子キャン４がそのスプリングバック効果によっ
て極めて微小ではあるが縮径するので完全圧着には至ら
ず、その分、熱伝達度が低下し、キャン隙間９を流れる
取扱流体による固定子２の冷却効果が劣って固定子２が
昇温するので、取扱流体の最高許容温度を低く設定した
り、モータ出力を低く設定する必要がある。

また、キャン隙間９を流れる取扱流体による回転子３
の冷却効果を高めるために、回転子キャン５を回転子３
に圧着させることが望まれるが、前記冷し嵌めや焼き嵌
めの手段では固定子キャン４と固定子２との圧着の場合
と同じ問題が生じ、前記液圧成形の手段によれば、回転
子キャン５を押し縮めて回転子３に密着させることとな
るので、回転子キャン５に歪みが生じたり、回転子キャ
ン５と回転子３との寸法差によって回転子キャン５に絞
りしわが生じる問題がある。

このような理由から、従来は回転子キャン５と回転子
３との圧着工程は殆ど行われておらず、そのため、回転
子キャン５の加工寸法公差が最大で回転子３の加工寸法
公差が最小となる組合せの場合とこの逆の場合とでは、
回転子キャン５と回転子３間の熱伝達度が大きく相違し
て取扱流体による回転子３の冷却効果に差異が生じるこ
ととなり、その結果、回転子３の温度上昇に差異が生じ
てモータ性能にかなりの製品ばらつきが生じ、特に前者
の場合はモータ性能低下によって仕様を満足しなくなる
虞がある。

本考案者等は、前記問題点を検討の結果、ポンプのラ
イナリングなどの環状非接触シールには、環状平行シー
ルと、出口隙間が入口隙間より狭いすえつぼまり形環状
テーパシールおよびこの逆のすえ拡がり形環状テーパシ
ールとがあるが、三者の中でもすえつぼまり形環状テー
パシールの安定限界速度が高く、広範囲において回転軸
系の安定性の向上に寄与することに着目し、元来、流体
漏洩を阻止する目的で用いられるこのすえつぼまり形環
状テーパシールが回転軸系の安定性向上に寄与する現象
を、この環状シールとは逆の目的のキャン隙間に、すな
わちキャンドモータポンプにおいて固定子と回転子との
冷却および軸受の潤滑のために取扱流体を流す目的で形
成されるキャン隙間に応用して、このキャン隙間をテー
パ状に形成すれば、キャン隙間の動的流体力に起因する
不安定振動の発生を広範囲にわたって抑制できるとの着
想を得た。

また、キャンドモータポンプのキャン隙間をテーパ状
に形成するために、内周面をテーパ状に形成した固定子
にテーパ円筒状の固定子キャンを装入被着すれば、固定
子キャンを固定子に完全圧着させることができて固定子
キャンと固定子間の熱伝達度が高くなるので、取扱流体
の最高許容温度やモータ定格出力を高く設定でき、およ
び前記キャン隙間をテーパ状に形成するために、外周面
をテーパ状に形成した回転子にテーパ円筒状の回転子キ
ャンを装入被着すれば、回転子キャンを回転子に容易か
つ確実に圧着させることができて回転子キャンと回転子
間の熱伝達度が高くなる方向に集束され、モータ性能の
製品ばらつきが少なくなるとの着想を得た。

本考案は、前記問題点に鑑み前記着想に基いて成され
たもので、請求項１に記載の考案は、ポンプ軸系の不安
定振動を広範囲にわたって抑制できるとともに、固定子
キャンと固定子間の熱伝達度が高くなって取扱流体の最
高許容温度やモータ定格出力を高く設定でき、およびま
たは回転子キャンと回転子間の熱伝達度が高くなる方向
に集束してモータ性能の製品ばらつきが少なくなるキャ
ンドモータポンプを提供することを目的とし、請求項２
に記載の考案は、従来構造のキャンドモータに簡単な構
成を付加することにより、ポンプ軸系の不安定振動をよ
り広範囲にわたって抑制することができるキャンドモー
タポンプを提供することを目的とする。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 請求項１に記載の考案のキャンドモータポンプの構成
は、ポンプとキャンドモータとを液密に一体に結合した
キャンドモータポンプにおいて、前記キャンドモータの
固定子の内周面と前記キャンドモータの回転子の外周面
との少なくとも一方をテーパ状に形成し、このテーパ状
に形成した前記固定子およびまたはテーパ状に形成した
前記回転子にそれぞれテーパ円筒状の固定子キャンおよ
びまたはテーパ円筒状の回転子キャンを被着し、内周面
をテーパ状に形成しない前記固定子または外周面をテー
パ状に形成しない前記回転子にそれぞれ直円筒状の固定
子キャンまたは回転子キャンを被着して、前記固定子キ
ャンと前記回転子キャンとのキャン隙間を流体入口側か
ら流体出口側へ向かって漸次狭くなるすえつぼまり形テ
ーパ状に形成して成るものである。

また、請求項２に記載の考案のキャンドモータポンプ
の構成は、ポンプとキャンドモータとを液密に一体に結
合し、前記キャンドモータの固定子および回転子にそれ
ぞれ直円筒状の固定子キャンおよび回転子キャンを被着
して、前記固定子キャンと前記回転子キャンとのキャン
隙間を平行環状に形成したキャンドモータポンプにおい
て、前記回転子キャンの外径よりも径小で直円柱状の入
口側回転体と前記回転子キャンの外径よりも径大で直円
柱状の出口側回転体との少なくとも一方を前記回転子キ
ャンに連設するように回転軸に固着配設し、前記入口側
回転体と前記固定子キャンとの平行環状隙間およびまた
は前記出口側回転体と前記固定子キャンとの平行環状隙
間、ならびに前記キャン隙間によって流体入口側から流
体出口側へ向かって段階的に狭くなる複合平行環状隙間
を形成して成るものである。

（作用） 請求項１に記載の考案のキャンドモータポンプは、キ
ャン隙間を流体入口側から流体出口側へ向かって漸次狭
くなるすえつぼまり形テーパ状に形成しているので、キ
ャン隙間の動的流体力に起因する不安定振動の発生が広
範囲において抑制され、また、内周面をテーパ状に形成
した固定子にテーパ円筒状の固定子キャンを被着するの
で、固定子キャンを固定子に安全圧着させることがで
き、その分、固定子キャンと固定子間の熱伝達度が高く
なって取扱流体の最高許容温度やモータ定格出力を高く
設定でき、およびまたは外周面をテーパ状に形成した回
転子にテーパ円筒状の回転子キャンを被着するので、回
転子キャンを回転子に容易かつ確実に圧着させることが
でき、回転子キャンと回転子間の熱伝達度が高くなる方
向に集束されてモータ性能の製品ばらつきが少なくな
る。

請求項２に記載の考案のキャンドモータポンプは、入
口側回転体と固定子キャンとの平行環状隙間およびまた
は出口側回転体と固定子キャンとの平行環状隙間、なら
びにキャン隙間によって流体入口側から流体出口側へ向
かって段階的に狭くなる複合平行環状隙間を形成してい
るので、キャン隙間の動的流体力による不安定振動の発
生がより広範囲にいおて抑制され、また、従来構造のキ
ャンドモータポンプに入口側回転体と出口側回転体の少
なくとも一方を付加するだけで簡単に構成できる。

（実施例） 次に、本考案の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、請求項１に記載の考案の一実施例を示し、
20は、遠心ポンプ21とキャンドモータ22とをアダプタ23
を介して一体に結合したキャンドモータポンプで、ポン
プ吐出側24とポンプ吸込側25との圧力差によって、ポン
プ吐出側24のポンプ取扱液の一部が循環パイプ26を経て
キャンドモータ22内に流入し、後部ベアリング27を潤滑
し、固定子キャン28と回転子キャン29とのキャン隙間30
を流れて固定子31と回転子32とを冷却し、前部ベアリン
グ33を潤滑した後、インペラ34のバランスホール35から
ポンプ吸込側25へと戻されて循環される循環経路を形成
する。

そして、従来構造のキャンドモータポンプにおいて
は、キャン隙間が平行環状に形成されていたが、この実
施例においては、キャン隙間30をすえつぼまり形テーパ
状に形成し、すなわち、固定子31の内周面を直円柱状に
切削して直円筒状の固定子キャン28を被着するのは従来
構造のキャンドモータポンプと同じであるが、回転子32
は前記循環するポンプ取扱液の流れ方向に向かって外径
が漸次大きくなるようにその外周面をテーパ状に切削し
てテーパ円筒状の回転子キャン29を被着することによ
り、固定子キャン28と回転子キャン29とのキャン隙間30
を、流体入口側30aから流体出口側30bへと漸次狭くなる
すえつぼまり形テーパ状に形成する。

このように構成した実施例によれば、キャン隙間30が
流体入口側30aから流体出口側30bへ向かって漸次狭くな
るすえつぼまり形テーパ状であるため、前述したポンプ
のライナリングなどのすえつぼまり形テーパシールにお
ける場合と同様に、キャン隙間30の動的流体力に起因す
る不安定振動の発生が広範囲において抑制される。

また、直円柱状の回転子に直円筒状の回転子キャンを
単に挿嵌するだけで圧着工程を行わずに回転子キャンの
両端縁を溶接密閉して構成しているために回転子キャン
が回転子に当接されるものの圧接されない従来構造のキ
ャンドモータポンプに比べて、外周面をテーパ状に形成
した回転子32にテーパ円筒状の回転子キャン29を挿嵌し
た後、回転子キャン29を回転子32に強く押し当てて圧接
しながら回転子キャン29の両端縁を溶接密閉することが
できるので、回転子キャン29を回転子32に容易かつ確実
に圧着させることができて回転子キャン29と回転子32と
の熱伝達度が高くなるとともに回転子キャン29と回転子
32との加工寸法公差に起因する熱伝達度の製品ばらつき
が僅少となって、回転子32の温度上昇が低い方向に集束
し、モータ性能のばらつきが相当小さくなり、平均モー
タ性能も向上する。

第２図は、請求項１に記載の考案の別の実施例を示
し、前記第１図に示す実施例のキャンドモータポンプに
おいて、回転子32はその外周面を直円柱状に切削し、こ
の回転子32に直円筒状の回転子キャン29を被着して従来
構造のキャンドモータポンプと同様に構成し、固定子31
は、循環するポンプ取扱液の流れ方向に向かって内径が
漸次小さくなるように、その内周面をテーパ状に切削し
て少なくともこの固定子31に対向する部分がテーパ円筒
状である固定子キャン28を被着することにより、固定子
キャン28と回転子キャン29とのキャン隙間30を流体入口
側30aから流体出口側30bへと漸次狭くなるすえつぼまり
形テーパ状に形成する。

この実施例によれば、キャン隙間30が流体入口側30a
から流体出口側30へ向かって漸次狭くなるすえつぼまり
形テーパ状であるため、前記実施例と同様に、キャン隙
間30の動的流体力に起因する不安定振動の発生が広範囲
において抑制される。

また、テーパ状に形成した固定子31にテーパ円筒状の
固定子キャン28を挿嵌した後、固定子キャン28を固定子
31に強く押し当てて圧接しながら固定子キャン28の両端
縁を溶接密閉することができるので、液圧成形後の固定
子キャン28のスプリングバック効果により固定子キャン
28と固定子31とが完全圧着に至らない従来構造のキャン
ドモータポンプに比べて、液圧成形作業は不要にして完
全圧着させることができて固定子キャン28と固定子31間
の熱伝達度が高くなるので、取扱流体の最高許容温度や
モータ定格出力を高く設定できる。

また、第３図に示すように、固定子31の内周面をテー
パ状に切削してテーパ円筒状の固定子キャン28を被着
し、回転子32の外周面をテーパ状に切削してテーパ円筒
状の回転子キャン29を被着することにより、固定キャン
28と回転子キャン29とのキャン隙間30を流体入口側30a
から流体出口側30bへと漸次狭くなるすえつぼまり形テ
ーパ状に形成しても、前記第１図に示す実施例と前記第
２図に示す実施例との両方の効果が得られる。

次に、第４図は、請求項２に記載の考案の一実施例を
示し、前記第１図乃至第３図に示す請求項１に記載の考
案の実施例と同一構成部材は同一符号で示しその説明は
省略する。

固定子31の内周面を直円柱状に切削して直円筒状の固
定子キャン28を被着し、回転子32の外周面を直円柱状に
切削して直円筒状の回転子キャン29を被着し、この回転
子キャン29と固定子キャン28とのキャン隙間30を平行環
状に形成した従来構造のキャンドモータポンプ20におい
て、前記回転子キャン29の外径よりも径小で直円柱状の
入口側回転体36を後部ベアリング27側において回転子キ
ャン29に連接するように回転軸37に固着配設し、前記回
転子キャン29の外径よりも径大で直円柱状の出口側回転
体38を前部ベアリング33側において回転子キャン29に連
接するように回転軸37に固着配設し、入口側回転体36と
固定子キャン28との平行環状隙間39、前記キャン隙間3
0、および出口側回転体38と固定子キャン28との平行環
状隙間40とによって、流体入口側41aから流体出口側41b
へ向かって段階的に狭くなる複合平行環状隙間41を形成
する。

この実施例によれば、複合平行環状隙間41が流体入口
側41aから流体出口側41bへ向かって段階的に狭くなるの
で、前記第１図乃至第３図に示す請求項１に記載の考案
の実施例におけるすえつぼまり形テーパ状のキャン隙間
の場合と同様の効果が得られ、キャン隙間30の動的流体
力に起因する不安定振動の発生が広範囲において抑制さ
れる。

また、この実施例によれば、前記第１図および第３図
に示す請求項１に記載の考案の実施例に比べては、回転
子キャン29と回転子32との圧着性は全く改善されず、モ
ータ性能にかなりの製品ばらつきが生じる虞は解消され
ないが、キャン隙間30が平行環状に形成された従来構造
のキャンドモータポンプに入口側回転体36と出口側回転
体38とを付加するだけで構成できるので、回転子と回転
子キャン、特に回転子キャンをテーパ円筒状に正確に形
成するための高度な加工が不要で製作が容易であり、前
記両回転体36,38の直径と軸方向長を調整することによ
って前記不安定振動の発生をより広範囲において抑制す
ることができ、さらに既設のキャンドモータポンプにも
簡単に適用できるなど応用範囲も広い。

なお、前記実施例においては、入口側回転体36と出口
側回転体38とを配設したが、キャン隙間30の動的流体力
に起因する不安定振動の様相に応じて、前記両回転体3
6,38のうちのいずれか一方のみを配設してもよい。

〔考案の効果〕

請求項１に記載の考案によれば、キャンドモータポン
プの固定子の内周面をテーパ状に形成してテーパ円筒状
の固定子キャンを被着し、およびまたは回転子の外周面
をテーパ状に形成してテーパ円筒状の回転子キャンを被
着し、固定子キャンと回転子キャンとのキャン隙間を流
体入口側から流体出口側へと漸次狭くなるすえつぼまり
形テーパ状に形成したので、キャン隙間の動的流体力に
起因する不安定振動の発生が広範囲において抑制され、
この不安定振動のために回転子の軸方向長さに対する直
径比L/Dを変更したり、直径が僅かずつ異なる複数種類
の回転子を用意する必要性が激減し、加えて、固定子キ
ャンを固定子に完全圧着させることができ、固定子キャ
ンと固定子間の熱伝達度が高くなって取扱流体の最高許
容温度やモータ定格出力を高く設定でき、およびまた
は、回転子キャンを回転子に容易かつ確実に圧着させる
ことができるので、回転子キャンと回転子間の熱伝達度
が高くなる方向に集束され、モータ性能の製品ばらつき
が少なくなる。

また、請求項２に記載の考案によれば、キャン隙間が
平行環状である従来構造のキャンドモータポンプにおい
て、回転子キャンの外径よりも径小で直円柱状の入口側
回転体と回転子キャンの外径よりも径大で直円柱状の出
口側回転体との少なくとも一方を回転子キャンに連接す
るように回転軸に固着配設し、入口側回転体と固定子キ
ャンとの平行環状隙間およびまたは出口側回転体と固定
子キャンとの平行環状隙間、ならびにキャン隙間によっ
て流体入口側から流体出口側へ向かって段階的に狭くな
る複合平行環状隙間を形成したので、従来構造のキャン
ドモータポンプに入口側回転体およびまたは出口側回転
体を付加するだけで構成できて製作容易であり、キャン
隙間の動的流体力に起因する不安定振動の発生がより広
範囲において抑制され、この不安定振動のために回転子
のL/Dを変更したり、直径が僅かずつ異なる複数種類の
回転子を用意する必要性が激減し、さらに既設のキャン
ドモータポンプにも簡単に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載の考案の一実施例を示すキャン
ドモータポンプの縦断面図、第２図は同上他の実施例を
示すキャンドモータポンプの縦断面図、第３図は同上別
の実施例を示すキャンドモータポンプの縦断面図、第４
図は請求項２に記載の考案の一実施例を示すキャンドモ
ータポンプの縦断面図、第５図は従来構造のキャンドモ
ータポンプを示す縦断面図である。 20……キャンドモータポンプ、21……ポンプ、22……キ
ャンドモータ、28……固定子キャン、29……回転子キャ
ン、30……キャン隙間、30a……キャン隙間の流体入口
側、30b……キャン隙間の流体出口側、31……固定子、3
2……回転子、36……入口側回転体、37……回転軸、38
……出口側回転体、39,40……平行環状隙間、41……複
合平行環状隙間、41a……複合平行環状隙間の流体入口
側、41b……複合平行環状隙間の流体出口側。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプとキャンドモータとを液密に一体に
   結合したキャンドモータポンプにおいて、前記キャンド
   モータの固定子の内周面と前記キャンドモータの回転子
   の外周面との少なくとも一方をテーパ状に形成し、この
   テーパ状に形成した前記固定子およびまたはテーパ状に
   形成した前記回転子にそれぞれテーパ円筒状の固定子キ
   ャンおよびまたはテーパ円筒状の回転子キャンを被着
   し、内周面をテーパ状に形成しない前記固定子または外
   周面をテーパ状に形成しない前記回転子にそれぞれ直円
   筒状の固定子キャンまたは回転子キャンを被着して、前
   記固定子キャンと前記回転子キャンとのキャン隙間を流
   体入口側から流体出口側へ向かって漸次狭くなるすえつ
   ぼまり形テーパ状に形成したことを特徴とするキャンド
   モータポンプ。
2. 【請求項２】ポンプとキャンドモータとを液密に一体に
   結合し、前記キャンドモータの固定子および回転子にそ
   れぞれ直円筒状の固定子キャンおよび回転子キャンを被
   着して、前記固定子キャンと前記回転子キャンとのキャ
   ン隙間を平行環状に形成したキャンドモータポンプにお
   いて、前記回転子キャンの外径よりも径小で直円柱状の
   入口側回転体と前記回転子キャンの外径よりも径大で直
   円柱状の出口側回転体との少なくとも一方を前記回転子
   キャンに連接するように回転軸に固着配設し、前記入口
   側回転体と前記固定子キャンとの平行環状隙間およびま
   たは前記出口側回転体と前記固定子キャンとの平行環状
   隙間、ならびに前記キャン隙間によって流体入口側から
   流体出口側へ向かって段階的に狭くなる複合平行環状隙
   間を形成したことを特徴とするキャンドモータポンプ。