(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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1に記載のポンプ装置。
【背景技術】
【0002】
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)。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[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[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[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[3]に記載のポンプ装置。