特開 2022-139571 水中ポンプの保護構造、および、水中ポンプの保護方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022139571

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】水中ポンプの保護構造、および、水中ポンプの保護方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 7/04 20060101AFI20220915BHJP

   F16J 15/40 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

F04D7/04 L

F16J15/40 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021040021

(22)【出願日】2021-03-12

(71)【出願人】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】新谷 一也

(72)【発明者】

【氏名】森 康平

(72)【発明者】

【氏名】横谷 建一郎

【テーマコード（参考）】

3H130

3J042

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AA27

3H130AA35

3H130AB23

3H130AB41

3H130AC09

3H130AC10

3H130BA53D

3H130BA53F

3H130DC14X

3J042AA01

3J042BA02

3J042CA15

(57)【要約】

【課題】軸封部への異物の噛み込みを防止した水中ポンプの保護構造および保護方法を提供する。
【解決手段】モータ本体部２と軸周りに回転するモータ軸３との間に、モータ本体部２の内部に水が浸入するのを防止する軸封部４が設けられた水中ポンプにおいて、軸封部４との間に空間ｓを確保しつつ軸封部４を覆うように設けられるカバー部材５と、軸封部４とカバー部材５との間の空間ｓに液体を送り込む送出システム６と、を有し、空間ｓが、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い圧力の液体で満たされる保護構造、および、軸封部４との間に空間ｓを確保しつつ軸封部４を覆うようにカバー部材５を設け、軸封部４とカバー部材５との間の空間ｓに送出システム６によって液体を送り込んで、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い液圧の液体で空間ｓを満たす保護方法を構成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータ本体部（２）と軸周りに回転するモータ軸（３）との間に、前記モータ本体部（２）の内部に水が浸入するのを防止する軸封部（４）が設けられた水中ポンプの保護構造において、
前記軸封部（４）との間に空間（ｓ）を確保しつつ該軸封部（４）を覆うように設けられるカバー部材（５）と、
前記軸封部（４）と前記カバー部材（５）との間の前記空間（ｓ）に液体を送り込む送出システム（６）と、
を有し、前記空間（ｓ）が、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い圧力の液体で満たされることを特徴とする水中ポンプの保護構造。

【請求項2】

前記送出システム（６）が、前記空間（ｓ）まで液体を送る送出管（８）と、前記送出管（８）の流量を調節する送出バルブ（９）と、前記空間（ｓ）に送り込まれる液体の圧力を検出する圧力計（１０）と、をさらに有する請求項１に記載の水中ポンプの保護構造。

【請求項3】

前記送出システム（６）が、液体が前記空間（ｓ）に送り込まれる前に、この液体を前記送出管（８）から排出する排出管（１３）と、前記排出管（１３）の流量を調節する排出バルブ（１４）と、をさらに有する請求項２に記載の水中ポンプの保護構造。

【請求項4】

前記排出バルブ（１４）が、前記送出バルブ（９）よりも前記送出管（８）の上流側に設けられている請求項３に記載の水中ポンプの保護構造。

【請求項5】

前記軸封部（４）がメカニカルシール（４）である請求項１から４のいずれか１項に記載の水中ポンプの保護構造。

【請求項6】

モータ本体部（２）と軸周りに回転するモータ軸（３）との間に、前記モータ本体部（２）の内部に水が浸入するのを防止する軸封部（４）が設けられた水中ポンプの保護方法において、
前記軸封部（４）との間に空間（ｓ）を確保しつつ該軸封部（４）を覆うようにカバー部材（５）を設け、前記軸封部（４）と前記カバー部材（５）との間の前記空間（ｓ）に送出システム（６）によって液体を送り込んで、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い液圧の液体で前記空間（ｓ）を満たすことを特徴とする水中ポンプの保護方法。

【請求項7】

前記送出システム（６）が、前記空間（ｓ）まで液体を送る送出管（８）と、前記送出管（８）の流量を調節する送出バルブ（９）と、液体が前記空間（ｓ）に送り込まれる前に、この液体を前記送出管（８）から排出する排出管（１３）と、前記排出管（１３）の流量を調節する排出バルブ（１４）と、を有しており、前記送出バルブ（９）と前記排出バルブ（１４）を操作して前記液圧を調節する請求項６に記載の水中ポンプの保護方法。

【請求項8】

前記液圧が、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも０．０２～０．０８ＭＰａ高い請求項６または７に記載の水中ポンプの保護方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、水中ポンプの保護構造、および、水中ポンプの保護方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タンク内や河川、海などから水や砂などを移送するために、水中ポンプや水中サンドポンプ（以下、これらを水中ポンプと総称する。）が用いられている。水中ポンプは水中で使用されるため、そのモータの内部に水などが浸入しないように、軸封部（水密機構）が設けられるのが一般的である。この軸封部として、モータ本体部と軸周りに回転するモータ軸との間に設けられるメカニカルシールがある。このメカニカルシールは、モータ本体部側に固定される固定環と、モータ軸側に固定されて軸周りに回転する回転環とを有し、固定環と回転環の表面同士が摺動することでシール機能が発揮される。

【0003】

メカニカルシールには、外部環境からの保護のために、その外側周囲にカバー部材が設けられることがある。このカバー部材を設けることにより、水が比較的澄んでいる水深５０～１００ｍの海中などにおいて、この水中ポンプを問題なく使用することができる。ところが、砂や泥などの異物が多く浮遊している河口付近の浅瀬などでこの水中ポンプを使用すると、その異物がメカニカルシールに噛み込んでしまい、シール機能が低下する問題があった。

【0004】

この問題を解消すべく、例えば、下記特許文献１に示す構成では、複数段階の粒子排除機構を備えたメカニカルシール機構を採用している。第一の粒子排除機構は、回転環２０を保持する保持器４０の前縁外周部に形成された円環状の突起部４６、第二の粒子排除機構は、保持器４０の外周面に形成された単列または複列のラビリンス溝４１、４２、４３、第三の粒子排除機構は、保持器４０の後縁部から前縁部に向けて拡径する勾配面４４と、勾配面４４に対して所定のクリアランスを設けた勾配面５１である。この複数段階の粒子排除機構によって、回転環２０と静止環３０とのシール摺動部１２に到達する固形粒子の量を低減させている（特許文献１の段落００１７、００３１～００３３、図３などを参照）。

【0005】

また、下記特許文献２に示す構成では、シール構造をダブルメカニカルシール３ａ、３ｂとし、両メカニカルシール３ａ、３ｂの間の中間室６に油７を満たしている。この油７の圧力を常に外圧値よりも高くなるように調整することで、異物を含む海水の電動機１への浸入を防止している（特許文献２の段落００１３、００１５、図２などを参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－１０１１８８号公報

【特許文献2】特開２０１４－２２４５８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に係る構成は、メカニカルシール機構を完全に密閉しないため、河口付近の浅瀬などのように異物が比較的多い環境下では、メカニカルシール機構内にこの異物が入り込むおそれがある。また、特許文献２に係る構成は、中間室６内の油圧を上げると、メカニカルシール３ａ、３ｂの外部に油７が流出するため、自然環境（河川や海など）の保全の観点から好ましくない。

【0008】

そこで、この発明は、軸封部への異物の噛み込みを防止することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するため、この発明においては、
モータ本体部と軸周りに回転するモータ軸との間に、前記モータ本体部の内部に水が浸入するのを防止する軸封部が設けられた水中ポンプの保護構造において、
前記軸封部との間に空間を確保しつつ該軸封部を覆うように設けられるカバー部材と、
前記軸封部と前記カバー部材との間の前記空間に液体を送り込む送出システムと、
を有し、前記空間が、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い圧力の液体で満たされることを特徴とする水中ポンプの保護構造を構成した。

【0010】

このようにすると、異物を含む外部の水の浸入が、高い圧力の液体によって阻止されるため、軸封部への異物の噛み込みを防止することができる。

【0011】

前記構成においては、
前記送出システムが、前記空間まで液体を送る送出管と、前記送出管の流量を調節する送出バルブと、前記空間に送り込まれる液体の圧力を検出する圧力計と、をさらに有する構成とするのが好ましい。

【0012】

このようにすると、圧力値を確認しつつ送出バルブを操作することができるため、異物を含む水の浸入を防止する所定の圧力に容易に調節することができる。

【0013】

前記構成においては、
前記送出システムが、液体が前記空間に送り込まれる前に、この液体を前記送出管から排出する排出管と、前記排出管の流量を調節する排出バルブと、をさらに有する構成とするのが好ましい。

【0014】

このようにすると、送出バルブと排出バルブの両方の操作によって、前記空間に送り込まれる液体の圧力をスムーズにかつ厳密に調節することができる。

【0015】

前記構成においては、
前記排出バルブが、前記送出バルブよりも前記送出管の上流側に設けられている構成とするのが好ましい。

【0016】

このようにすると、送出される液体の一部を排出バルブの操作によって送出管外に排出することで送出管内の圧力を粗調節し、さらに、その粗調節された圧力を送出バルブの操作によって微調節することができるため、よりスムーズかつ厳密に圧力調節することができる。

【0017】

前記各構成においては、
前記軸封部がメカニカルシールである構成とするのが好ましい。

【0018】

メカニカルシールは、固定部と回転部の間に異物が噛み込まれるとシール性能が大きく低下するおそれがあるため、上記の構成による異物を含む水の浸入防止作用は、特にメカニカルシールに有効である。

【0019】

また、上記の課題を解決するため、この発明においては、
モータ本体部と軸周りに回転するモータ軸との間に、前記モータ本体部の内部に水が浸入するのを防止する軸封部が設けられた水中ポンプの保護方法において、
前記軸封部との間に空間を確保しつつ該軸封部を覆うようにカバー部材を設け、前記軸封部と前記カバー部材との間の前記空間に送出システムによって液体を送り込んで、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い液圧の液体で前記空間を満たすことを特徴とする水中ポンプの保護方法を構成した。

【0020】

このようにすると、既述の通り、異物を含む外部の水の浸入が、高い圧力の液体によって阻止されるため、軸封部への異物の噛み込みを防止することができる。

【0021】

前記構成においては、
前記送出システムが、前記空間まで液体を送る送出管と、前記送出管の流量を調節する送出バルブと、液体が前記空間に送り込まれる前に、この液体を前記送出管から排出する排出管と、前記排出管の流量を調節する排出バルブと、を有しており、前記送出バルブと前記排出バルブを操作して前記液圧を調節する構成とするのが好ましい。

【0022】

このようにすると、既述の通り、送出バルブと排出バルブの両方の操作によって、前記空間に送り込まれる液体の圧力をスムーズにかつ厳密に調節することができる。

【0023】

前記各構成においては、
前記液圧が、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも０．０２～０．０８ＭＰａ高い構成とするのが好ましい。

【0024】

このようにすると、軸封部とカバー部材との間の空間に満たされた液体の圧力によって、異物を含む水の浸入を防止することができる。液圧が０．０２ＭＰａより低いと異物を含む水の浸入防止効果が低下し、０．０８ＭＰａを超えると、ポンプのオイル室に液体が浸入してオイルの劣化が生じるおそれがあるため、上記の範囲とするのが好ましい。

【発明の効果】

【0025】

この発明では、軸封部とカバー部材との間の空間を、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い圧力の液体で満たす構成としたので、異物を含む外部の水の浸入が、高い圧力の液体によって阻止され、軸封部への異物の噛み込みを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】この発明に係る水中ポンプの保護構造の一実施形態を示す正面図

【図2】図１に示す水中ポンプの保護構造の一部を切り欠いた側面図

【図3】図１に示す水中ポンプの保護構造の要部の正面図

【図4】図１に示す水中ポンプの保護構造の要部の平面図

【図5】図１に示す水中ポンプの保護構造の一部を切り欠いた要部正面図

【図6】図５の部分拡大図

【発明を実施するための形態】

【0027】

この発明に係る水中ポンプの保護構造１（以下、保護構造１と略称する。）の一実施形態を図１から図６を用いて説明する。

【0028】

この保護構造１は、モータ本体部２と軸周りに回転するモータ軸３との間に、モータ本体部２の内部に水が浸入するのを防止する軸封部４（図５を参照）が設けられた水中ポンプに適用される。この保護構造１は、軸封部４との間に空間ｓを確保しつつこの軸封部４を覆うように設けられるカバー部材５と、軸封部４とカバー部材５との間の空間ｓに液体を送り込む送出システム６と、を有している。そして、この空間ｓが、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い圧力の液体で満たされることを特徴としている。

【0029】

この実施形態においては、軸封部４としてメカニカルシール（以下、軸封部４と同じ符号を付する。）を採用している。このメカニカルシール４は、モータ本体部２側に固定される固定環と、モータ軸３側に固定されて軸周りに回転する回転環とを有し、固定環と回転環の表面同士が摺動することでシール機能が発揮される。なお、この保護構造１は、モータ軸３側とモータ本体部２側にそれぞれメカニカルシール４がさらに設けられたダブルシール構造にも適用することができる。ダブルシール構造とすることにより、外部から水が浸入することに起因する汚染がメカニカルシール間のオイルにとどまり、その汚染がさらに奥側のモータ内部まで浸入するのを抑制することができる。

【0030】

カバー部材５は、モータ本体部２に固定された筒状の部材である。その頂部には、送出システム６によって送り込まれる液体を導入するための貫通孔が形成されている。モータ軸３には、このモータ軸３とともに軸周りに回転する円盤状の水切り板７が固定されている。この水切り板７は、モータ軸３に取り付けられたインペラ（図示せず）によって生じる軸方向の水流がカバー部材５に直接向かい、このカバー部材５内に水が浸入するのを防止する役目を有している。

【0031】

水切り板７とカバー部材５の軸方向端部との間にはわずかに（例えば数ｍｍ程度）隙間ｇが形成されている（図６参照）。この隙間ｇはなくてもよいが、隙間ｇを形成することにより、水切り板７が軸周りに回転した際にこの水切り板７とカバー部材５との間で生じる摺動損失を抑制することができる。

【0032】

送出システム６は、メカニカルシール４とカバー部材５との間の空間ｓまで液体を送る送出管８と、送出管８の流量を調節する送出バルブ９と、空間ｓに送り込まれる液体の圧力を検出する圧力計１０と、を備えている。送出管８の途中には２か所にＴ字管が接続されている。ここでは、送出管８の上流側に設けられたＴ字管を第１Ｔ字管１１、下流側に設けられたＴ字管を第２Ｔ字管１２と称する。

【0033】

第１Ｔ字管１１には、液体が空間ｓに送り込まれる前に、この液体を送出管８から排出する排出管１３と、排出管１３の流量を調節する排出バルブ１４が接続されている。また、第２Ｔ字管１２には、圧力計１０が接続されている。送出管８の終端は、カバー部材５に形成された貫通孔に接続されている。送出管８の始端は、ポンプ（図示せず）によって液体が圧送される主配管１５に接続されている。この実施形態では液体は清水であり、主配管１５には清水が流れている。この清水とは、メカニカルシール４にダメージを与えるおそれがある異物を含まない清浄な水のことを指し、真水か塩水かは特に問わない。

【0034】

この実施形態においては、送出管８に接続された主配管１５から清水が供給される構成としたが、この水中ポンプが使用されている周囲の水を取り込んだ後にフィルタで濾過し、その濾過した水をポンプで加圧し送出管８に送り込む構成とすることができる場合もある。

【0035】

モータ本体部２側には、空間ｓと隣り合うようにオイル室１６が設けられている。このオイル室１６には、オイル管１７を通ってオイルが供給されている。

【0036】

この保護構造１の作用について説明する。主配管１５から供給される液体（以下、清水と称する。）は、送出管８を通ってメカニカルシール４とカバー部材５との間の空間ｓに供給される。このカバー部材５と水切り板７との間にはわずかに隙間ｇが形成されているため、供給された清水の一部はこの隙間ｇから外部に漏出するが、漏出量と同量またはそれ以上の清水を供給し続けることによって、空間ｓ内の清水の圧力を水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高い状態に保つことができる。

【0037】

空間ｓへの清水の供給量は、送出バルブ９と排出バルブ１４の両方の開度を操作することによって調節することができる。この構成においては、排出バルブ１４が送出バルブ９よりも送出管８の上流側に設けられている。このようにすると、送出される液体の一部を排出バルブ１４の操作によって送出管８外に排出することで送出管８内の圧力を粗調節し、さらに、その粗調節された圧力を送出バルブ９の操作によって微調節することができる。このため、よりスムーズかつ厳密に圧力調節を行うことができる。

【0038】

なお、送出バルブ９と排出バルブ１４の配置は上記に限定されず、排出バルブ１４が送出バルブ９よりも送出管８の下流側に設けられた構成とすることもできる。また、清水の供給量の調節を送出バルブ９の開度操作のみで行うこともできる。また、排出管１３および排出バルブ１４が設けられていない構成とすることもできる。

【0039】

空間ｓ内の清水の圧力は、水中ポンプが設けられた水深における水圧よりも高ければよいが、この水圧よりも０．０２～０．０８ＭＰａ、より好ましくは、０．０５～０．０６ＭＰａ高くなるように調節される。このようにすると、空間ｓに満たされた清水の圧力によって、異物を含む水の浸入を防止することができる。液圧が０．０２ＭＰａより低いと異物を含む水の浸入防止効果が低下し、０．０８ＭＰａを超えると、ポンプのオイル室に液体が浸入してオイルの劣化が生じるおそれがあるため好ましくない。

【0040】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およびすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0041】

１ 水中ポンプの保護構造
２ モータ本体部
３ モータ軸
４ 軸封部（メカニカルシール）
５ カバー部材
６ 送出システム
７ 水切り板
８ 送出管
９ 送出バルブ
１０ 圧力計
１１ 第１Ｔ字管
１２ 第２Ｔ字管
１３ 排出管
１４ 排出バルブ
１５ 主配管
１６ オイル室
１７ オイル管
ｓ 空間
ｇ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】