JP2002039398A - ポンプの軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 瞬間的、間欠的に高い圧力が発生するような
圧力変動の大きい条件下においても、固体粒子を含む被
送流体の軸封部内への侵入を防ぎ、軸封装置の耐久性を
向上させる。 【解決手段】 渦巻ポンプの軸封部の被送流体側にスト
ップリング４Ａ、４Ｂ、大気側に複数のシールリング５
Ａ、５Ｂを装着し、シールリング５Ａ、５Ｂの間に外部
から軸封部内へ給脂するための給脂孔１０を設けたポン
プの軸封装置において、シールリングシールリング５Ｂ
の後方に、ばね定数が大きく硬度の高い弾性リップを内
外周に有し、高圧負荷作用時に弾性リップが内外に開い
てシールする加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スラリーポンプや
サンドポンプ等の、微粒懸濁物、土砂、砂、小石等の固
体粒子を含む流体を輸送するポンプの軸封装置、特に、
直列運転や、被送流体の状態変化により瞬間的、間欠的
に高い圧力が発生するような圧力変動の大きい条件下に
おいて、外部からの清水の注水確保が困難な場合、例え
ば、大深度・長距離のトンネル掘削時等で有効に使用さ
れるポンプの軸封装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポンプの軸封装置には、主として
グランドパッキン、メカニカルシール、リップ部で密封
するオイルシール等が使用されている。また、高圧、高
濃度のスラリー輸送用としては、被送流体側に弾性シー
ル、大気側にメカニカルシールを設け、メカニカルシー
ル側からシール用流体を加圧供給し、被送流体の侵入を
防ぐようにした軸封装置がある。

【０００３】グランドパッキン、メカニカルシール、あ
るいはオイルシールを使用した軸封装置では、軸封部へ
の固体粒子を含む摩耗性の被送流体の影響を避けるため
には、別系統の洗浄水の供給が必要である。被送流体側
に弾性シール、大気側にメカニカルシールを設けた軸封
装置は、シール性が優れており、清水の注水確保が困難
な場合でも使用できるが、非常に高価であり、また、メ
カニカルシールの摺動面が非常に高精度であるため、現
地での交換作業には熟練が必要である。

【０００４】そこで、高濃度のスラリー輸送用として、
弾性シールであるストップリングを被送流体側、シール
リングを大気側に装着し、シールリングの間に給脂孔を
設けて外部から軸封部内へ給脂することにより、洗浄水
の供給を不要とした軸封装置も用いられている。しか
し、この軸封装置は、限界耐圧が０．５ＭＰａ程度であ
り、特に高い圧力を一度受けると軸封部内に固体粒子を
含む被送流体が侵入し、場合よってはリップが逆向きに
反り返ってしまうこともあるので、瞬間的、間欠的に高
い圧力が発生するような圧力変動の大きい条件下におい
て用いるのは不適当である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポンプの軸
封装置における上記問題を解決するものであって、瞬間
的、間欠的に高い圧力が発生するような圧力変動の大き
い条件下においても、固体粒子を含む被送流体の軸封部
内への侵入を防ぐことができ、耐久性に優れかつ安価な
ポンプの軸封装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するため、渦巻ポンプの軸封部の被送流体側にスト
ップリング、大気側に複数のシールリングを装着し、シ
ールリングの間に外部から軸封部内へ給脂するための給
脂孔を設けたポンプの軸封装置において、シールリング
の後方に、ばね定数が大きく硬度の高い弾性リップを内
外周に有し、高圧負荷作用時に弾性リップが内外に開い
てシールする加圧保持シールを設けている。

【０００７】この軸封装置は、被送流体が低圧であると
きには、被送流体側のストップリングと大気側のシール
リングが、外部からの給脂を受け軸封部内への被送流体
の侵入を防ぐ。被送流体が高圧になってシールリングの
限界耐圧を超えると、その圧力が加圧保持シール側に伝
達されて弾性リップが内外に開き、スリーブと圧接して
シール作用を行うので、軸封部内への被送流体の侵入を
防ぐことができる。

【０００８】被送流体の圧力が低下すると、加圧保持シ
ールは、弾性リップのばね定数が大きいので自己の弾性
力によって元の形状に戻り、スリーブと圧接しないよう
になる。このように、低圧負荷作用時にはストップリン
グとシールリングのみで、高圧負荷作用時にはストップ
リングとシールリングと加圧保持シールの組み合わせで
シール作用を行うので、圧力変動の大きい条件下におい
ても、固体粒子を含む被送流体の軸封部内への侵入を防
ぐことができ、耐久性も大きい。

【０００９】高圧負荷作用時に加圧保持シールの弾性リ
ップが内外に開くのを助勢するバックアップリングを設
けると、弾性リップがより円滑に開かれ確実にスリーブ
に圧接されるようになるので、高圧負荷作用時のシール
効果が向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施の一形態
であるポンプの軸封装置の構成図、図２は軸封装置の加
圧保持シールの作動の説明図である。この軸封装置で
は、渦巻ポンプのインペラ１に回転を与える軸２と、ケ
ーシング３の後部に取付けられたスタフィングボックス
１２との間に形成される軸封部の被送流体側に複数のス
トップリング４Ａ、４Ｂ、大気側に複数のシールリング
５Ａ、５Ｂが装着されている。

【００１１】ストップリング４Ａ、４Ｂは弾性シールで
あって、弾性リップが垂直面に摺接するように装着され
ている。即ち、外側のストップリング４Ａは軸２と共に
回転するスリンガ１３に固定され、スタフィングボック
ス１２に固定されたストップリング摺動プレート９の前
面に弾性リップが摺接する。また、内側のストップリン
グ４Ｂは、スタフィングボックス１２の前端に固定さ
れ、スリンガ１３の後面に弾性リップが摺接する。

【００１２】シールリング５Ａ、５Ｂは弾性シールであ
って、スタフィングボックス１２に固定され、軸２と共
に回転するシャフトスリーブ６の外周面に弾性リップが
摺接する。前後のシールリング５Ａ、５Ｂの間には、外
部から軸封部内へ給脂するための給脂孔１０が設けられ
ており、グリース等のシール流体が加圧供給される。シ
ール流体は、微量づつ連続的に加圧供給したり、間欠的
に加圧供給したり、運転条件によって適宜供給方法を選
択することができる。

【００１３】シールリング５Ｂの後方のスタフィングボ
ックス１２の内面にはボックススリーブ１１が設けられ
ており、ボックススリーブ１１とシャフトスリーブ６と
の間に形成される環状空間内１５には、複数のバックア
ップリング７Ａ、７Ｂと複数の加圧保持シール８Ａ、８
Ｂ、８Ｃ、８Ｄとが設けられ、シールリング５Ｂと後端
のシールカバー１４との間で前後方向に自由に移動でき
る状態になっている。

【００１４】加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ
は、ばね定数が大きく硬度の高い弾性リップを内外周に
有している。バックアップリング７Ａ、７Ｂは、後面の
内外に加圧保持シール８Ａ、８Ｃの弾性リップを内外方
に拡開させるための傾斜面が形成されている。また、加
圧保持シール８Ａ、８Ｃの後面も加圧保持シール８Ｂ、
８Ｄの弾性リップを内外に拡開させる形状になってい
る。

【００１５】従って、加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８
Ｃ、８Ｄの弾性リップは、通常の状態ではシャフトスリ
ーブ６と殆ど接触しないが、高圧負荷作用時には後方に
押され内外方に開いてボックススリーブ１１とシャフト
スリーブ６とに圧接する。この軸封装置では、被送流体
が低圧であるときには、給脂孔１０から加圧供給された
グリース等のシール流体がシールリング５Ａ、ストップ
リング４Ａ、４Ｂの弾性リップの摺接面から微量づつ被
送流体側へ押し出され、固体粒子を含む被送流体が軸封
部内に侵入するのを防ぐと共に、侵入した固体粒子は排
出する。

【００１６】被送流体が瞬間的に高圧になると、ストッ
プリング４Ａ、４Ｂとシールリング５Ａ、５Ｂの組み合
わせでは被送流体をシールすることができなくなる。こ
のシールリングの限界耐圧は条件によって若干異なるが
０．５ＭＰａ程度である。バックアップリング７Ａ、７
Ｂと加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄとは、セッ
ト時には図２（ａ）に示す様な状態であり、弾性リップ
はシャフトスリーブ６と殆ど接触していない。

【００１７】被送流体が高圧になってシールリングの限
界耐圧を超えると、その圧力がシールリング５Ｂの前方
から後方の環状空間１５側へ伝達され、バックアップリ
ング７Ａを後方へ押すので、バックアップリング７Ａ、
７Ｂ及び加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、図
２（ｂ）に示すように後方へ移動すると共に、加圧保持
シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの弾性リップが内外に開
き、ボックススリーブ１１とシャフトスリーブ６とに圧
接してシール作用を行うので、軸封部内への被送流体の
侵入を防ぐことができる。

【００１８】シールの寿命要因はＰＶ値（圧力×周速）
で決まるので、このように弾性リップが圧接された状態
が長時間継続するとシールの寿命が短くなる。しかし、
この軸封装置では、被送流体の圧力が低下すると、加圧
保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、弾性リップのば
ね定数が大きいので自己の弾性力によって図２（ｃ）に
示すように元の形状に戻り、シャフトスリーブ６と圧接
しないようになる。

【００１９】図３には運転時の軸封部のシールリング５
Ｂの前方の圧力（実線）と後方の圧力（破線）の変化の
状況が示されている。ここでシールリングの限界耐圧
は、０．５ＭＰａとなっている。セット時の状態では、
加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは殆どシャフト
スリーブと接触していないので、シールリング５Ｂの後
方の圧力は大気圧状態にある。シールリング５Ｂの前方
の圧力が限界耐圧である０．５ＭＰａに達するまでは、
被送流体はシールリング５Ａ、５Ｂでシールされている
ため、シールリング５Ｂの後方の圧力は大気圧状態にあ
るが、シールリング５Ｂの前方の圧力が０．５ＭＰａを
超えると、シールリング５Ｂの後方も加圧状態となり、
その圧力は前方の圧力よりシールリング５Ｂの抵抗分だ
け若干低い圧力状態となる。

【００２０】被送流体側の圧力が低下すると、外部から
グリースを給脂しているため、シールリング５Ｂの前方
の圧力も追従して低下し、更にシールリング５Ｂの後方
の圧力もシールリング５Ｂの前方に抜けるため低圧とな
る。その後、被送流体の圧力上昇しても、シールリング
５Ｂの前方の圧力が０．５ＭＰａに達するまでは、シー
ルリング５Ｂの後方の圧力は最低の圧力を保持する。

【００２１】加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ
は、被送流体が限界耐圧を超える高圧となる間だけ圧力
を受けるよう構成されているので、非常に高い圧力が瞬
間的に作用しても安定した軸封性能と寿命が達成でき
る。このように、低圧負荷作用時にはストップリング４
Ａ、４Ｂとシールリング５Ａ、５Ｂのみで、高圧負荷作
用時にはストップリング４Ａ、４Ｂとシールリング５
Ａ、５Ｂと加圧保持シール８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの組
み合わせでシール作用を行うので、この軸封装置は、圧
力変動の大きい条件下においても、固体粒子を含む被送
流体の軸封部内への侵入を防ぐことができ、耐久性も大
きい。また、メカニカルシール等の高価な部品は使用し
ないので安価である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のポンプ
の軸封装置は、被送流体側の圧力変動が大きい、特に通
常は低圧で運転するが、瞬間的、間欠的に高い圧力が発
生するというような条件下においても、固体粒子を含む
被送流体の軸封部内への侵入を防ぐことができ、耐久性
に優れている。また、メカニカルシール等の高価な部品
は使用しないので安価である。

【００２３】高圧負荷作用時に加圧保持シールの弾性リ
ップが内外に開くのを助勢するバックアップリングを設
けると、弾性リップがより円滑に開かれ確実にスリーブ
に圧接されるようになるので、高圧負荷作用時のシール
効果が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態であるポンプの軸封装置
の構成図である。

【図２】軸封装置の加圧保持シールの作動の説明図であ
る。

【図３】運転時の軸封部の圧力状態を示す図である。

【符号の説明】

１ インペラ ２ 軸 ３ ケーシング ４Ａ、４Ｂ ストップリング ５Ａ、５Ｂ シールリング ６ シャフトスリーブ ７Ａ、７Ｂ バックアップリング ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ 加圧保持シール ９ ストップリング摺動プレート １０ 給脂孔 １１ ボックススリーブ １２ スタフィングボックス １３ スリンガ １４ シールカバー １５ 環状空間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 渦巻ポンプの軸封部の被送流体側にスト
   ップリング、大気側に複数のシールリングを装着し、シ
   ールリングの間に外部から軸封部内へ給脂するための給
   脂孔を設けたポンプの軸封装置であって、 シールリングの後方に、ばね定数が大きく硬度の高い弾
   性リップを内外周に有し、高圧負荷作用時に弾性リップ
   が内外に開いてシールする加圧保持シールを設けたこと
   を特徴とするポンプの軸封装置。
2. 【請求項２】 高圧負荷作用時に加圧保持シールの弾性
   リップが内外に開くのを助勢するバックアップリングを
   設けたことを特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装
   置。