JP4776851B2 - 水中ポンプにおけるオイル室内軸封装置摺動面の潤滑油保持装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、水中ポンプにおけるシール機構に関し、特には、そのシール機構のオイル室内の軸封装置摺動面を有効に冷却作用が行える潤滑油保持装置に関するものである。
背景技術
従来、水中ポンプのポンプケーシングとモータ室との間には、シール機構が設けられている。そのシール機構のオイル室内に封入される潤滑油量は、回転時における軸封装置の摺動面の発熱やモータの発熱による膨張率を見込んで、一般にオイル室内容積の８０％程度として、オイル室内の上方部に空気留りを保有させている。
しかし、軸封装置の回転による遠心力作用で、潤滑油は、オイル室内周壁方向へ渦流状に押し付けられて、中央部に空気留りが集中し、肝心の軸封装置摺動面を潤滑油が浸さなくなり、摺動面の潤滑と冷却機能が損なわれることが生じる。
そこで、従来軸封摺動面の潤滑保持対策として、図７乃至図９に示すような、構造が提案されている。
その構造は、軸封装置１１１の外側を環状壁体１１０で囲饒して、オイルの流れを軸心方向へ向けるための仕切板Ｐを環状壁体１１０の内周面に介装させ、環状壁体１１０の下端部がポンプ側ハウジング１０２ａ上から離隔して、下緑全周でオイル室１０３と導通するオイル流入口１１３ｂを形成し、環状壁体１１０の上緑部をモータ側ハウジング１０１ａの下面に定着させ、上部メイテイリング１０５ａとシールリング１０６ａとの摺動面１１２ａよりも上方において環状壁体１１０の壁面要所に複数個のオイル流出口１１３ａを配設する、というものである。
しかしながら、実験結果によれば、環状壁体１１０の下縁全周でオイル室１０３と導通するオイル流入口１１３ｂが形成された構造では、ダブル型軸封装置１１１の回転による遠心力がオイル流入口１１３ｂ付近にも発生して、環状壁体１１０内の潤滑油を外側へ押し出そうとする作用が働くため、潤滑油の吸込みおよび押し上げ作用が著しく阻害されることになる。
また、環状壁体１１０の上方部に穿設された複数個のオイル流出口１１３ａから直接潤滑油が外側へ飛散して、結局上部メイテイリング１０５ａとシールリング１０６ａとの摺動面１１２ａを潤滑油が浸さなくなる、というマイナスの効果を生じることになり、且つ飛散した潤滑油は、油面１１４上における空気留り１１５から空気を巻き込み易くなる。
更に各流出口１１３ａ毎に、或いはオイル流出口１１３ａの部位によっても流出量の差が生じるので、流出量の少ない部位から、空気が環状壁体１１０内に巻き込まれ、上記遠心力の作用と逆に作用する仕切板Ｐによる軸心方向への誘導作用とで、環状壁体１１０内に撹拌作用により潤滑油の循環作用が阻害されると共に、潤滑油と空気とが混合して細かい気泡を発生し、油・気混合状態となって上部メイテイリング１０５ａとシールリング１０６ａとの摺動面１１２ａに介入するため潤滑効果は減殺され、環状壁体１１０の内側と外側との潤滑油の流通作用が不円滑となり、これが前記油・気混合状態と相まって摺動面１１２ａの冷却効率を著しく低下させる結果となっている。
更にまた、オイル流出口１１３ａの大きさや数は、ポンプ軸１０４の回転数に適応したものでなければならないが、水中ポンプの使用現場において、回転数の変化に対応させてオイル流出口１１３ａの大きさや数を増減するということは、実際問題として不可能なことである。
本発明の目的は、水中ポンプにおけるシール機構のオイル室内中央部から周壁方向への潤滑油の散逸を防止すると共に、潤滑油中への空気の混合を生じさせることなく、ポンプ軸の回転数変化に関係なく、潤滑油を円滑に循環させて軸封装置摺動面の有効な潤滑と冷却作用が行われる、潤滑油保持装置を提供することにある。
発明の開示
本発明に係る水中ポンプにおけるオイル室内軸封装置摺動面の潤滑油保持装置では、モータ室とポンプ室との間に介在するオイル室内において、モータ側ハウジングの下面に凹設された環溝にダブル型軸封装置の上部メイテイリングを嵌着させ、ポンプ側ハウジングの上面に凹設された環溝にダブル型軸封装置の下部メイテイリングを嵌着させ、下部メイテイリングの回り止め用環状押え板を上記環溝の周壁上面に定着させ、ダブル型軸封装置の外側を環状壁体で囲饒し、環状壁体の内周面にポンプ軸の回転方向に向って上り勾配の傾斜面を形成するようガイドペーンを定着させ、環状壁体の下縁には外側方向へ突出する下縁フランジを付設して該フランジ下面を上記押え板の上面へ定着させ、環状壁体の下方部にガイドベーンの下端部裏側とオイル室とを導通させるオイル流入用横穴を開設し、環状壁体の上縁部を上部メイテイリングとシールリングとの摺動面よりも上方において、
モータ側ハウジングに接近させて内側方向へ突出するフランジを付設し、該フランジ上面を上部メイテイリング嵌着用環溝の周壁下面との対向面間にオイル流出用のオイル流出口を形成させ、望ましくは環状壁体の上緑部に付設されたフランジ上面と、上部メイテイリング嵌着用環溝の周壁下面との対向面間の間隔が、略０．５ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内に調整されたオイル流出用の環状溝隙であるオイル流出口内に形成せられ、また、環状壁体の上緑部に付設されたフランジ内周面と、上部シールリング外周面との間隔が、略１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内に設定される。
更に、環状溝隙であるオイル流入口又は流出口内にガイド板を設けて更に有効な潤滑及び冷却作用を図るものである。
発明を実施するための最良の形態
本件発明を実施例に基づいて図面の図１乃至図６を参照して説明をする。
図１に示すように、その水中ポンプのシール機構のメカニカルシールのオイル室３の本件発明の実施例が示されている。
オイル室３は、モータ室１とポンプ室２との間に設けられており、中心にポンプ軸４がモータ室１から導出されオイル室３内を貫通してポンプ室２内へ導入されている。オイル室３は、その下側には環溝１ｂを凹設させたモータ側ハウジング１ａがあって、該ハウジング１ａには、環溝１ｂを設ける周壁１ｃが設けられる。
オイル室３の下側には、ポンプ側ハウジング２ａがあって、その上面に環溝２ｂを凹設させた環溝２ｂの周壁２ｃが設けられる。
上下部メイテイリング５ａ、５ｂの構造は、下記のようになっている。
上部メイテイリング５ａは、オイル室３内においてポンプ軸４と遊合しモータ側ハウジング１ａの環溝１ｂ内に嵌着されている。
下部メイテイリング５ｂは、オイル室３内においてポンプ軸４と遊合しポンプ側ハウジング２ａの環溝２ｂ内に嵌着されている。
回り止め用環状押え板１ｂは、図３に示すように、メイテイリング５ｂの回り止め用であり、内周縁部に下方へ打ち出された係止爪１７を、下部メイテイリング５ｂ上面の切り込部１８へ係止させた状態で環溝周壁２ｃ上面へ定着させる。
上部シールリング６ａは、上部メイテイリング５ａと摺接し、下部シールリング６ｂは下部メイテイリング５ｂと摺接する。
ベローズ７ａは上部シールリング６ａを背面から支承し、ベローズ７ｂは下部シールリング６ｂを背面から支承する。
上部リテーナ８ａは、上部シールリング６ａおよびベローズ７ａの外周に嵌着されて両者６ａ、７ａを一体に結合させる。
下部リテーナ８ｂは、下部シールリング６ｂおよびベローズ７ｂの外周に嵌着されて両者６ｂ、７ｂを一体に結合させる。
コイルスプリング９は、ポンプ軸４の回転方向と反対方向に巻き上げられており、上下シールリング６ａ、６ｂの背向方向に、それぞれ上下リテーナ８ａ、８ｂを介して張設される。
環状壁体１０は、オイル室３内において上述の構成からなるダブル型軸封装置１１の外側を囲饒する。その内周面には、ポンプ軸４の回転方向に向って上り勾配の傾斜面を形成するようガイドペーンＧが定着されている。
そして、環状壁体１０の下縁には、外側方向へ突出するフランジＦ２を付設して該フランジＦ２下面を前記環状押え板１６の上面へ定着させ、ガイドベーンＧの下端部裏側に近い位置から、外側のオイル室３内へ通じるオイル流入口１３ｂを開設する。
また、環状壁体１０の上縁部を上部メイテイリング５ａとシールリング６ａとの摺動面１２ａよりも上方において、モータ側ハウジング１ａに接近させて内側方向へ突出する空気巻き込み防止用フランジＦ１を付設する。
該フランジＦ１上面と環溝周壁１ｃ下面との対向面間に、オイル流出用の流出口１３ａを形成させるのであるが、上記対向面間の間隔Ｈ_１を略０．５ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内に調整しておくことで、環状溝隙であるオイル流出口であるオイル流出口１３ａ内における油膜の形成が容易となり、更にフランジＦ１内周面と上部シールリング６ａ外周面との間隔Ｈ_２を、略１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内に設定しておくことで、ガイドベーンＧによる潤滑油の押し上げ作用が有効に機能すると共に上部摺動面１２ａへの潤滑油の誘導を円滑に行わせることができる。
オイル室３内には潤滑油が封入されるが、その封入量はオイル室３の全容積の８０％程度とし、油面１４上には空気留り１５が形成されている。
そして、ポンプ運転時には、ポンプ軸４の回転に伴い、上下シールリング６ａ、６ｂの背向面間に張設されているコイルスプリング９も、環状壁体１０内で回転する。環状壁体１０の外側におけるオイル室３内の潤滑油は、下部のオイル流入口１３ｂから環状壁体１０の内部へ流入し、下部の摺動面１２ｂを潤滑させると共に該摺動面１２ｂに発生する摺動熱を吸収しつつ、ガイドペーンＧの傾斜面に沿って押し上げられ、空気巻き込み防止用フランジＦ１の裏面に沿って、軸心方向へ移動して上部の摺動面１２ａを潤滑させる、と共に該摺動面１２ａに発生する摺動熱を吸収し、フランジＦ１の内周緑からオイル流出口１３ａ内へ至る。
それから、潤滑油は、該オイル流出口１３ａ内で表面張力により油膜を形成して、空気の侵入を阻止しつつ、環状壁体１０外側のオイル室３内へ移送されるのであるが、上記オイル流出用のオイル流出口１３ａは、フランジＦ１上面と環状壁体１ｃ下面とが環状平面で対向することにより構成されているため、油膜の形成によって空気の巻き込みを阻止し得られ、ポンプ軸４の回転速度変化に関係なく有効に機能する。
ここにＨ_１は、略０．５ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内に設定すれば、その効果を一段と高めることができると共に、フランジＦ１内周面と上部シールリング６ａ外周面との、間隔Ｈ_２を略１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲に設定することにより、ガイドベーンＧによるオイルの循環効率を高めると共に上部摺動面１２ａへの潤滑油の誘導が円滑に行われることになる。
実験によれば、主要隙間寸法Ｈ_１、Ｈ_２を変えて潤滑油の循環結果を示すと、図１０に示すようになる。図１１には、その実験の状態を示す。
実験では、モータ軸の回転数を１８００回転／分（ｍ^−１）にて定速回転させて、Ｈ_１、Ｈ_２の組み合わせ毎に試験装置の外部よりファイバースコープ２０により目視確認する。
判定基準は３段階としたもので、下記のようになる。

図１０によれば、Ｈ_１は、略０．５ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内に、間隔Ｈ_２を略１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲に設定することで、全周より均一に潤滑油が流出する状態となるのがわかる。
なお、オイル流出口１３ａは、潤滑油の環状溝隙である通路となっているが、その流れを更に好ましくするために、ガイド板１３０を設けることもできる。ガイドベーンＧに沿って上昇した潤滑油は、上部の摺動面１２ａを潤滑させる、と共に該摺動面１２ａに発生する摺動熱を吸収し、フランジＦ１の内周緑からオイル流出口１３ａ内へ至るのであるが、その流れを更に一層有効に援助するために、ガイド板１３ｂを設けたものである。ガイド板１３０は、その流れに沿うように傾斜すればなお可となる。
又同様に、オイル流入口１３ｂが形成された構造では、環状壁体１０内の潤滑油を外側へ押し出そうとする作用が働いていた従来例に対して、潤滑油の吸込みおよび押し上げ作用を更に有効とする為に、ガイド板１３１を設けることも可である。
この場合にも、ガイドベーンＧに沿って上昇する潤滑油の循環を好ましくする為に、ガイド板１３１の傾きを、前記オイル流出口１３ａのガイド板１３０のようにガイドベーンＧに沿って上昇を援助するような傾きを以て配置すればなお、好ましいものとなる。
ポンプ運転時には、環状壁体の外側におけるオイル室内の潤滑油が、下部のオイル流入口から環状壁体内へ流入し、下部の摺動面を潤滑させると共にその発熱を吸収しつつガイドベーンの傾斜面に沿って押し上げられる。
そして、フランジ裏面に沿って軸心方向へ移動して、上部の摺動面を潤滑させる、と共に、その発熱を吸収し、フランジ内周縁から環状溝隙であるオイル流出口内へ至り、該オイル流出口内で油膜を形成して空気の浸入を阻止しつつ、環状壁体外側のオイル室内へ移動する。
本発明によれば、水中ポンプにおけるオイル室内中央部から、周壁方向への潤滑油の散逸を確実に防止できると共に、オイル流出口への油膜形成作用によって、ポンプ軸の回転数変化には関係なく潤滑油中への空気の混合を阻止することができ、軸封装置の有効な潤滑と冷却作用が行われる。
また、オイル循環を行わせる機構部を内装した、環状壁体の下縁フランジ部が、環状の押え板を介して、ポンプ側ハウジング上へ定着されるので、組立てが簡単であると共に、定着面の平坦度が大きく、機構的安定性にも優れているという利点がある。
産業上の利用性
以上のように、本発明にかかる潤滑油保持装置は、水中ポンプの水中ポンプにおけるオイル室内軸封装置摺動面の潤滑および冷却作用を有効に行うものとして、また他のポンプにおける潤滑油保持装置においても有効である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明装置を施した水中ポンプのオイル室の縦断側面図であり、図２は図１における上部摺動面およびオイル流出用口部分の拡大図であり、図３は図１における下部部摺動面およびオイル流入口部分の拡大図である。
図４は本発明装置における環状壁体の縦断側面図であって、図５は本発明装置における環状壁体の底面図である。
図６は、本発明装置における環状押え板の縦断側面図である。
図７は従来の水中ポンプにおけるオイル室の縦断側面図であり、図８は従来の水中ポンプのオイル室内に装着される、環状壁体の縦断側面図である。
図９は、従来の水中ポンプのオイル室内に装着される環状壁体の平面図である。
図１０は、本発明における主要隙間寸法Ｈ_１、Ｈ_２を変えて実験した潤滑油の循環結果を示す。
図１１は、実験によるファイバースコープにより目視確認する状況を示す。

Claims (2)

1. モータ室とポンプ室との間に介在するメカニカルシールの為のオイル室を設けたダブル型軸封装置において、該ダブル型軸封装置の外側を環状壁体で囲繞し、環状壁体の内側面にガイドベーンを定着させ、環状壁体の下縁にはフランジを設け、押さえ板と共に流入路を設けたオイル流入口を開設し、環状壁体の上縁部を上部メインティリングとシールリングとの摺動面よりも上方において、モータ側ハウジングに接近させて内側方向へ突出するフランジを付設し、該フランジ上面を、上部メインティリング嵌着用溝を設ける周壁下面とを油膜形成の為に必要な環状平面で対向させ、該環状平面間に、オイル流出用のオイル流出口を形成させ、環状壁体の上縁部に付設されたフランジ上面と、上部メインティリング嵌着用環溝の周壁下面との対向面の間隙H１が、略０．５ｍｍ乃至3ｍｍの範囲内に、又環状壁体の上縁部に付設されたフランジ内周面と上部シールリング外周面との間隙H２が、略１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内に設定されており、これによって潤滑油の押し上げ作用と空気の巻き込み阻止することを特徴とする水中ポンプにおけるオイル室内軸封装置摺動面の潤滑保持装置
2. 前記環状壁体の内側面に設けたガイドベーンに対応して、上下流路にガイド板を形成したことを特徴とする請求項1記載のオイル室内軸封装置摺動面の潤滑保持装置

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