JP2005105831A - プランジャ型ポンプのパッキン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャ型ポンプのパッキン装置のシール性をよくし、安定性を増し、長寿命化を図る。
【解決手段】 プランジャとシリンダとから構成されるプランジャ型ポンプのパッキン装置において、前記プランジャ８と前記シリンダ７との間の摺動空間にＵパッキン２２を設置する。前記シリンダ７にパッキンググランド２９を取り付け、端部の段差小径部２９ａをシリンダ内の突き当て部７ｅに突き当てＵパッキン２２を固定する。更にこの段差小径部２９ａとＵパッキン２２との間にＵパッキン抑え部材２３と漏洩液回収リング２４を設ける。又、オイルの状態が目視できるオイルカップ２６を有したオイルタンク装置２５がシリンダ外に隣接して設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プランジャ型ポンプのパッキン装置に関する。更に詳しくは、地盤改良剤を地盤中に注入するために用いるジェット・グラウト・ポンプのプランジャとシリンダとの間にパッキンを備えるプランジャ型ポンプのパッキン装置に関する。

軟弱地盤等のために地盤改良が各地で行われている。地盤改良は、ボーリングにより改良対象地盤に形成した穿孔に地盤改良剤を注入する注入装置を挿入して、その注入装置により地盤改良剤を穿孔の壁面から地盤中に注入することにより施工されている。地盤改良剤の主成分は、セメントミルである。セメントミルのために高圧ポンプが用いられている。地盤改良方法の改良に伴って、高圧ポンプのより一層の高圧化と安定化が求められている。高圧圧縮を要請される高圧ポンプとして、プランジャポンプ又はプランジャ圧縮機が用いられている。

超高圧とも言われる高圧の出力を要請されるジェットグラウト用プランジャポンプの開発の歴史は、弁体の磨耗と闘う歴史であった。弁体の長寿命化が進むに従って、次にその闘いはパッキンの磨耗との闘いに移行してきている。特に、プランジャとシリンダとが摺動し合う摺動部に装着されるパッキンの磨耗が問題である。このような磨耗に対する解決手段として、同一出願人は特開平９−１５８８３７号公報（特許文献１）及び特開２０００−５４９６６号公報（特許文献２）でその技術を提案している。特許文献１においては、高圧側にＵパッキンを使用したもので、特許文献２においては、Ｖパッキングを使用したものである。]

特開平９−１５８８３７号公報 特開２０００−５４９６６公報

しかしながら、従来Ｕパッキンのものは、プランジャとの間で高圧状態で挟まれる微粒子が摺動部を傷つけることからそれを改良したものとしての提案であり、又、Ｖパッキンのものは、Ｕパッキンを使用しないことでの改良案であった。特にＶパッキンは、Ｖパッキンをシリンダ内に挿入した後、パッキングランドを締め込み、Ｖパッキンを強制的に開かせてシール効果を出すものである。

このため、パッキングランドの締め込み加減によって不具合が生ずるおそれがある。即ち、Ｖパッキンの締め込みが不足すると、Ｖパッキンが十分に開かずにシールの役目を果たさない。又、逆にＶパッキンを締め込み過ぎると、Ｖパッキンは開き過ぎて、パッキンの早期磨耗になってしまう。従って、このＶパッキン方式のものは、パッキン組み込みのときに締め込み調整を要している。この調整は微妙で、調整することが難しく経験を要し作業工数の増加に結びついている。

一方、Ｕパッキン方式も、従来から使用されているものではあるが、その組み立て構成に問題があり、複雑な構成になっていた。Ｕパッキンは、Ｖパッキン方式に比し、パッキンの締め込み調整を不要とする点で利点がある。従って、組み込み作業の難易に関わらず一定のパッキン組み込みが可能である。このような利点の考慮されたさらなる改良装置の開発が望まれていた。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたもので、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、Ｕパッキンを使用してシール性をよくし、安定性を増し、長寿命化を図ったプランジャ型ポンプのパッキン装置の提供にある。

本発明の他の目的は、構成を簡素にしてメンテナンスのし易い構造にしたプランジャ型ポンプのパッキン装置の提供にある。
本発明の更に他の目的は、低コストで製作できるようにしたプランジャ型ポンプのパッキン装置の提供にある。

本発明１のプランジャ型ポンプのパッキン装置は、プランジャと、前記プランジャを前記プランジャの軸芯線方向に摺動させるためのシリンダとからなるプランジャ型ポンプのパッキン装置において、前記プランジャと前記シリンダとの間の空間に挿入され高圧側にリップを向けて設置されるＵパッキンと、前記シリンダに取り付けられ前記Ｕパッキンを固定するためのもので、前記シリンダ内に挿入される端部に段差小径部を有するパッキンググランドと、前記シリンダ内に設けられ前記パッキンググランドの段差小径部を突き当てる突き当て部と、前記プランジャと前記シリンダとの間の空間に挿入され前記Ｕパッキンと前記段差小径部との間に設置されるＵパッキン抑え部材とからなっている。

本発明２のプランジャ型ポンプのパッキン装置は、本発明１において、
前記段差小径部と前記Ｕパッキン抑えとの間にオイル回収用部材が設けられ
ていることを特徴としている。

本発明３のプランジャ型ポンプのパッキン装置は、本発明１において、
前記シリンダに隣接してこのシリンダと接続するオイルタンク装置が設けら
れていることを特徴としている。

本発明４のプランジャ型ポンプのパッキン装置は、本発明１ないし３において、
前記オイル回収用部材と前記オイルタンク装置との間の流路に強制的にオイルを循環させるためのオイルポンプを設けたことを特徴とするプランジャ型ポンプのパッキン装置。

本発明５のプランジャ型ポンプのパッキン装置は、本発明３において、
前記オイルタンク装置には、異物混入をオイル流れの循環過程で目視確認可能な確認装置が設けられていることを特徴としている。

本発明６のプランジャ型ポンプのパッキン装置は、本発明３において、
前記オイルタンク装置は、前記シリンダから回収されるオイルを下部に導き循環させるための仕切り板が内部に設けられていることを特徴としている。

本発明のプランジャ型ポンプのパッキン装置は、Ｕパッキンを使用した構成で、シール性がよくなり、安定性が増し、長寿命化が図られた。又、構成が簡素になり低コストでメンテナンスのし易い構造になった。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明によるプランジャ型ポンプのパッキン装置を適用したプランジャ型ポンプ全体の駆動系を含めた断面図を示す。クランク・ケーシング１の中にクランク機構２が装備されている。往復動体３は、クランク・ケーシング１の一部に形成された摺動面に摺動して往復運動する。クランク機構２の偏心回転体４と往復動体３とは、揺動かつ往復するクランク棒５により回転自在に連結されている。本体ケーシング６が、クランク・ケーシングに強固に軸心線方向に結合されている。

シリンダである本体ケーシング６には、その前端側から、後述するパッキンを内装するパッキンケース７（シリンダ）が軸心線方向に挿入され本体ケーシング６に対して強固に固着されている。パッキンケース７の中にプランジャ８が挿入されている。プランジャ８の後端部と往復動体３とは、連結体９により強固に連結されている。クランク・ケーシング１と本体ケーシング６の接合面には、受け部材１０を介して液漏れ防止装置１１が設けられている。

本体ケーシング６の前端部及びパッキンケース７の前端部に、吐出側ポンプ・ケーシング１２が強固に接合している。吐出側ポンプ・ケーシング１２に、吸入側ポンプ・ケーシング１３が強固に結合している。吐出側ポンプ・ケーシング１２と吸入側ポンプ・ケーシング１３とプランジャ８とで、拡大・縮小するポンプ室１４が形成されている。

吸入側バルブ装置１５が、ポンプ室１４の吸入側で吸入側ポンプ・ケーシング１３に設けられている。吸入側バルブ装置１５は、吐出側ポンプ・ケーシング１２と吸入側ポンプ・ケーシング１３とに固着されている吸入側固定弁座１６と、吸入側固定弁座１６に対向し往復運動して振動する吸入側可動弁体１７とを備えている。吐出側バルブ装置１８が、ポンプ室１４の吐出側で吐出側ポンプ・ケーシング１２に設けられている。吐出側バルブ装置１８は、吐出側ポンプ・ケーシング１２に固着されている吐出側固定弁座１９と、吐出側固定弁座１９に対向し往復運動して振動する吐出側可動弁体２１とを備えている。

吸入側固定弁座１６、吸入側可動弁体１７、吐出側固定弁座１９、及び吐出側可動弁体２１は、それぞれに前後（液体の流れ方向の前後）対称に形成され、前後の両側を逆転させて用いることができるので、片側だけを用いるものに対してその耐久寿命が２倍になるよう設計されている。

往復運動するプランジャ８の前端部には、プランジャ８を前進させる推進力をプランジャ８の前端部の面積で割った圧力が発生する。この圧力は、クランク機構２の駆動トルクに対応して高圧化され、いわゆる超高圧化される。プランジャ８の１往復の間に、このように高圧化された流体が、図１に示したように吐出側バルブ装置１８に属する吐出口から吐出される。このように吐出される流体は、セメント粒子、セメント微粒子と水とから構成されるセメントミルである。このセメントミルの性質等については、前述の特許文献に記載されているので、詳細説明は省略する。

図２は、図１の一部を拡大してその詳細を示す本発明のプランジャ型ポンプのパッキン装置で、主にパッキンケース７とプランジャ８の間に挿入されるパッキン構造を示している。プランジャ８の外周は、高硬度、高耐磨耗性に処理されている。パッキンケース７は、中心部は貫通してプランジャ８が通過する穴７ａとなっていて、その穴７ａ内面はプランジャ８の表面との摺動面を構成している。

このパッキンケース７は、更に２段構成で径の異なる２つの穴７ｂ，７ｃを設けている。穴７ｂは端部が突き当て面７ｄとなっている。又穴７ｃも端部が突き当て面７ｅとなっている。穴７ｂにはＵパッキン２２がリップ部を圧油を受ける側に向けて挿入される。このＵパッキン２２のリップ部と反対側の背部に押し当てるようにパッキン抑え２３が軸線方向に沿って挿入され、更に漏洩液回収リング２４が挿入されている。

パッキン抑え２３は、Ｕパッキン２２のバックアップリングの役目を果たし、Ｕパッキン２２のはみ出しによる損傷を防止する。このパッキン抑え２３はポリ四弗化エチレン系の合成樹脂で弾性変形する。このパッキン抑え２３は、ポリ四弗化エチレン系に代えて、ポリミイドカーボン、各種エラストマ等の使用であってもよい。

漏洩液回収リング２４は、流体の漏れを前提に構成されており、プランジャ８が摺動する際の流体の漏れ液を回収するためのものである。この漏洩液回収リング２４は、カラー状部材で内外径部に円周方向に沿って回収用周溝２４ａ，２４ｂが設けられ、内径部と外径部とを導通させ、プランジャー８とパッキンケース７との間で漏洩する流体をこの漏洩液回収リング２４に導きパッキンケース７外に回収する。

この漏洩液回収リング２４には、１００〜１２０ｃｃ／分のオイルが注入されるので、潤滑効果と同時に冷却効果も得られる。パッキンケース７外には、隣接してオイルタンク装置２５が設けられていて、パッキン装置の漏洩液回収リング２４からの流体を回収し、この流体から異物を取り除き再度循環させ使用するものである。このオイルタンク装置２５は、図３に示すように、ポンプ２５ａを介して漏洩液回収リング２４側から戻ってきたオイルＡは、オイルカップ２６で受けてからタンク２７の中に導かれている。潤滑油としてグリース等もあるが、オイルは循環性がよい。漏洩液回収リング２４とオイルタンク装置２５との間の流路には、オイルポンプ２５ａが設けられ、強制的にオイルを循環させるようにしている。

タンク２７は内部に上下方向に底部が開放された状態で、仕切り板２８が設けられている。従って、このタンク２７は２つの室を構成している。ポンプ側から戻ってきたオイルＡは、オイルカップ２６を経て先ずタンク室２７ａに導かれ、オイルは矢印のように下方向に流れタンク２７底から仕切り板２８の下を潜って矢印のようにタンク室２７ｂに導かれる。この流れの過程でオイルより重い異物はタンク２７底に落下し溜められる。即ち、オイルを強制的にタンク２７内を循環させることにより、異物を取り除きオイルを回収しクリーンなオイル状態にする。

仕切り板２８を設けたことで、オイルのタンク２７内通過距離が長くなり、オイル内の水あるいは不純物等の異物をタンク２７底に溜めることになる。又、オイルの熱を下げる効果もある。タンク室２７ｂのオイルは、上方にもちきたされフィルター（図示せず）を介してクリーンな状態のオイルＢとして再び漏洩液回収リング２４に導かれ吐出される。

オイルカップ２６は、カップが透明のもので、外部から通過するオイルの状態を目視で確認するものである。例えば、オイルは水が混入していると乳白色になるので、このオイル状態の変化をオイルをこのオイルカップ２６に通過させることで確認できる。複数のパッキン装置を有する場合には、このオイルカップ２６をオイルラインの任意の位置に適宜複数個設置すれば、どこのラインに不具合が生じたかを知ることができるので、Ｕパッキン２２のトラブルがすぐわかりこのＵパッキン２２の交換をすぐ行うことができる。

パッキンケース７の穴７ｃは、内径部の一部に雌ねじが設けられ、パッキングランド２９がねじ込まれている。パッキングランド２９は段差構成になった筒状部材で、小径部の外形部分、即ち段差小径部２９ａが穴７ｂの内径と一致し、大径部２９ｂの外形部分が穴７ｃの内径と一致する。従って、パッキングランド２９がねじ込まれたとき、段差小径部２９ａが穴７ｂにはまり込むと同時に端部２９ｃが漏洩液回収リング２４の端部に突き当てられる。

更に、大径部２９ｂは、一部が穴７ｃの嵌合部分にはめ込まれると同時に、大径部２９ｂの段差小径部２９ａの端部２９ｄがパッキンケース７の突き当て面７ｅに突き当てられ、このパッキングランド２９はねじでパッキングケース７に固定される。このような構成にすることで、Ｕパッキン２２は、安定した位置を確保しプランジャ８の摺動に耐えられる。パッキングランド２８９の内径部にも液漏れ防止のためパッキンが設けられており、このパッキンもＵパッキン３０である。

次に本発明の主要部をなすＵパッキン２２の機能について説明する。Ｕパッキン２２は、セルフシールパッキンの一種でリップパッキンといわれているものである。流体の圧力によってシール面の圧力が増し、有効な漏れ防止作用を果たすパッキンである。シール部がリップ（凹部）になったパッキンであり、圧力がかかるとリップが開いてプランジャ８外周に完全密着しシールされる。

このＵパッキン２２は、１個で流体をシールすることができ、グランド部への取り付け、取り外しが容易に行える。又、リップ内径は、プランジャ８の外形より小さく、リップ外径は穴７ｂの内径より大きく作られているので、挿入されたとき接触圧力で穴７ｂの内径及びプランジャ８外周部に密着されシール性能が生じる。

図４は、Ｕパッキン２２のリップ部の圧力分布を示している。前述のように、流体の圧力付加がなくても、リップ部分２２ａ，２２ｂの弾性力でＵパッキン２２はパッキンケース７とプランジャ８に押し付けられシールの役目を果たすが、流体圧力Ｐが加わると尚シール効果が増す。

次に実施の形態の作用について説明する。前述のようにプランジャ８は、Ｕパッキン２２を介してパッキンケース７に支持されている。クランク機構２の回転運動に連動して往復運動するクランク棒５に連結体９を介して往復運動力の伝達を受けるプランジャ８は、わずかな角度であるが方向無限定な揺動角を持って径方向に振動する。高圧流体が、Ｕパッキン２２のリップ部分に作用し、Ｕパッキン２２の内周面である摺動面をプランジャ８の外周面に押し付ける。

Ｕパッキン２２はシール性能がよく、多少とも余裕がある空間、即ち２つのリップ２２ａ、２２ｂに挟まれた凹部の中で軸方向及び径方向に膨張しやすいように設けられているので、プランジャ８の往復運動により無理な圧縮力を受けにくい。Ｕパッキン２２のシール性能は優れてはいるが、高圧流体の漏洩を完全に防止することはできない。そのため漏洩液回収リング２４を設けているが、この漏洩した流体は、漏洩液回収リングにより回収しタンクに戻し、微粒のセメントミルを除去する。これを連続的な流れの中で繰り返す。

又、高圧流体の漏洩を完全に防止することはできない前提からＵパッキン２２は長寿命化であると同時にトラブルが生じたとき、すぐにしかも容易に交換できなければならないが、本発明の構成はそれらの懸念を解消したものである。以上プランジャ型ポンプのパッキン装置について説明したが、本発明は、本実
施の形態に限定されないことはいうまでもない。

図１は、プランジャ型ポンプのパッキン装置を適用したプランジャ型ポンプ全体の断面図である。 図２は、本発明のプランジャ型ポンプのパッキン装置の断面図である。 図３は、オイルタンクの構成図である。 図４は、Ｕパッキンの取り付け構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１…クランク・ケーシング
２…クランク機構
５…クランク棒
７…パッキンケース
７ｅ…突き当て面
８…プランジャ
２２…Ｕパッキン
２３…パッキン抑え
２４…漏洩液回収リング
２５…オイルタンク装置
２６…オイルカップ
２７…タンク
２８…仕切り板
２９…パッキングランド
２９ａ…段差小径部

Claims (6)

1. プランジャと、
   前記プランジャを前記プランジャの軸芯線方向に摺動させるためのシリンダとからなるプランジャ型ポンプのパッキン装置において、
   前記プランジャと前記シリンダとの間の空間に挿入され高圧側にリップを向けて設置されるＵパッキンと、
   前記シリンダに取り付けられ前記Ｕパッキンを固定するためのもので、前記シリンダ内に挿入される端部に段差小径部を有するパッキンググランドと、
   前記シリンダ内に設けられ前記パッキンググランドの段差小径部を突き当てる突き当て部と、
   前記プランジャと前記シリンダとの間の空間に挿入され前記Ｕパッキンと前記段差小径部との間に設置されるＵパッキン抑え部材と
   からなるプランジャ型ポンプのパッキン装置。
2. 請求項１に記載されたプランジャ型ポンプのパッキン装置において、
   前記段差小径部と前記Ｕパッキン抑えとの間にオイル回収用部材が設けられていることを特徴とするプランジャ型ポンプのパッキン装置。
3. 請求項１に記載されたプランジャ型ポンプのパッキン装置において、
   前記シリンダに隣接してこのシリンダと接続するオイルタンク装置が設けられていることを特徴とするプランジャ型ポンプのパッキン装置。
4. 請求項１から３に記載されたプランジャ型ポンプのパッキン装置で選択される１項において、
   前記オイル回収用部材と前記オイルタンク装置との間の流路に強制的にオイルを循環させるためのオイルポンプを設けたことを特徴とするプランジャ型ポンプのパッキン装置。
5. 請求項３に記載されたプランジャ型ポンプのパッキン装置において、
   前記オイルタンク装置には、異物混入をオイル流れの循環過程で目視確認可能な確認装置が設けられていることを特徴とするプランジャ型ポンプのパッキン装置。
6. 請求項３に記載されたプランジャ型ポンプのパッキン装置において、
   前記オイルタンク装置は、前記シリンダから回収されるオイルを下部に導き循環させるための仕切り板が内部に設けられていることを特徴とするプランジャ型ポンプのパッキン装置。
   

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