JP2005249010A - スラリ流体用ロータリジョイント - Google Patents

Abstract

【目的】屎尿汚泥のようなスラリ濃度の高いスラリ流体を、相対回転する２つの流路間で良好に流動させるようにする。
【構成】 第１通路部８を有する静止側ジョイントケース４に、第２通路部１１を有する回転側ジョイントケース５を、第１通路部８の先端側部分を第２通路部１１に挿入させた状態で、回転自在に連結して、両通路部８，１１内を貫通する一連の流体通路６を形成する。両通路部８，１１の対向周面間に、この対向周面間に充填したグランドパッキン２０と両ジョイントケース４，５間に介設したメカニカルシール２１とによってシールされたシール室２２を形成する。メカニカルシール２１の静止密封環３１に、シール室２２に連通するオリフィス４０を形成して、流体通路６を流動するスラリ流体１より高圧で且つ当該流体１に混入することが許容される封液２３を、オリフィス４０からシール室２２に供給，充満させるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静止側流路（遠心脱水機，タービン等の回転機器における静止側部材に形成され或いは設置される流路）と回転側流路（当該回転機器の回転部分（脱水処理ドラムの回転支軸等）に形成され或いは設置される流路）とを接続するロータリジョイントジョイントであって、特に、汚泥液（下水汚泥，屎尿汚泥，ごみ排水汚泥，一般産業排水汚泥等）等のようなスラリ濃度の高いスラリ流体を当該両流路間で流動させる場合に好適に使用されるスラリ流体用ロータリジョイントに関するものである。

従来から、静止側流路と回転側流路とを接続するロータリジョイントとして、静止側流路に接続される円筒状の通路部を有する静止側ジョイントケースと、回転側流路に接続される円筒状の通路部を有する回転側ジョイントケースと、両ジョイントケースを相対回転自在に連結するベアリングと、両通路部間を相対回転自在に連結シールするシール手段とを具備するものであって、シール手段としてメカニカルシールを使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
実開平４−５５８７号公報

しかし、このようにメカニカルシールを使用する従来のロータリジョイントは、シール手段としてＯリング等を使用したものに比してシール機能の信頼性や耐久性に優れるものであるが、下水汚泥，屎尿汚泥等のようなスラリ濃度の高いスラリ流体を扱う遠心脱水機等の回転機器には使用できないものであり、その用途が大幅に制限されるものであった。

すなわち、下水汚泥等のスラリ流体を扱う場合には、汚泥等のスラリ成分がメカニカルシールのシール機能部分（両密封環の相対回転摺接部分等）に侵入，堆積して、短期間のうちにメカニカルシール機能が低下，喪失することになり、下水汚泥等を扱う遠心脱水機等の回転機器には実用することができない。なお、かかる問題は、上記シール手段としてＯリング等を使用するものにおいても同様である。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、下水汚泥，屎尿汚泥等のようにスラリ濃度が高いためにメカニカルシールやＯリング等の一般的なシール手段によってはシールし難いスラリ流体をも、長期に亘って、静止側流路と回転側流路との間で良好にシールした状態で流動させることができ、信頼性，耐久性，実用性に優れたスラリ流体用ロータリジョイントを提供することを目的とするものである。

この課題を解決した本発明のスラリ流体ロータリジョイントは、静止側流路に接続される円筒状の通路部を有する静止側ジョイントケースに、回転側流路に接続される円筒状の通路部を有する回転側ジョイントケースを、一方の通路部たる第１通路部を他方の通路部である第２通路部に同心状に挿入させた状態で、両通路部の軸線回りで回転自在に連結して、両通路部内を貫通する一連の流体通路を形成し、両通路部の対向周面間に、この対向周面間に充填した環状シール部材と両ジョイントケース間に介設したメカニカルシールとによって閉塞された環状空間であって流体通路との間を環状シール部材によってシールされたシール室を形成すると共に、静止側ジョイントケース又はこれに設けられたメカニカルシール構成部分にシール室に連通するオリフィスを形成して、流体通路を流動するスラリ流体より高圧で且つ当該流体に混入することが許容される封液を、オリフィスからシール室に供給，充満させるように構成したものである。

かかるスラリ流体ロータリジョイントにあっては、両ジョイントケース間に、前記メカニカルシールを含む２つのメカニカルシールによって閉塞された環状空間であって前記オリフィスを介してシール室に連通する封液室を形成すると共に、静止側ジョイントケースに、封液を封液室に供給する給液路を形成しておくことが好ましい。この場合において、シール室と封液室との間をシールするメカニカルシールが、静止側ジョイントケースに設けた静止密封環と回転側ジョイントケースに設けた回転密封環とが相対回転摺接する端面接触形のものであり、静止密封環にシール室と封液室とを連通する細孔を形成して、この細孔を前記オリフィスとなしていることが好ましい。また、回転側ジョイントケースが第２通路部を有しており、静止側ジョイントケースが第１通路部と第２通路部を同心状に囲繞する円筒状の軸受部とを有しており、両ジョイントケースを相対回転自在に連結するベアリングが回転側ジョイントケースの第２通路部と静止側ジョイントケースの軸受部との対向周面間に装填されており、軸受部には冷却液が流動する冷却液通路が形成されていることが好ましい。この場合、冷却液通路を封液室に連通させるようにして、封液室に供給された封液の一部が冷却液として冷却液通路に供給されるように構成しておくことが好ましい。また、環状シール部材としてはグランドパッキンを使用することが好ましい。すなわち、環状シール部材は、一方の通路部に取り付けたパッキン押えとシール室に配して他方の通路部に対して相対回転可能に設けられたパッキン押圧体とによって軸線方向に挟圧された状態で両通路部間に充填されたグランドパッキンであることが好ましい。この場合、グランドパッキンを封液により効果的に潤滑させるために、パッキン押圧体に、グランドパッキンの内周側部分又は外周側部分であって上記他方の通路部と接触しているパッキン部分に食い込む突起を設けて、当該突起が食い込んでいる箇所においてグランドパッキンと当該他方の通路部との間に封液が導入されるように構成しておくことが好ましい。また、封液としては、スラリ流体に含まれる液成分と同質のものを使用することが好ましく、下水汚泥，屎尿汚泥等のスラリ流体に対しては一般に水道水等の水を使用することが好ましい。

本発明のスラリ流体用ロータリジョイントによれば、後述するところから理解されるように、スラリ流体を、それが下水汚泥，屎尿汚泥等のスラリ濃度の高いものである場合にも、相対回転する２つの流路（静止側流路及び回転側流路）間で長期に亘って良好に流動させることができる。また、本発明のスラリ流体用ロータリジョイントは、ベアリングが設けられるジョイントケース部分を水等の封液ないし冷却液によるラジエータ構造としておくことによって、ベアリングの発熱，熱損を効果的に抑制し得て、遠心脱水機のような高速回転機器にも好適に使用することができる。

図１は本発明の第１の実施形態を示す縦断側面図であり、この実施形態における本発明のロータリジョイント（以下「第１ロータリジョイント」という）Ｒ１は、下水汚泥，屎尿汚泥，ごみ排水汚泥，一般産業排水汚泥等を脱水処理する遠心脱水機の給液部に使用されるものである。すなわち、第１ロータリジョイントＲ１は、図１に示す如く、下水汚泥等のスラリ流体１を静止側流路（下水汚泥等の供給源から遠心脱水機の給液部へと導かれた汚泥供給配管）２から回転側流路（脱水処理ドラムの回転軸に貫通形成されてドラム内に連通する給液路）３へと流動させるべく、両流路２，３間を接続するものであり、以下のように構成されている。なお、以下の説明において前後というときは、図１における左右を意味するものとする。

第１ロータリジョイントＲ１は、図１に示す如く、静止側ジョイントケース４と、これに水平回転自在に連結された回転側ジョイントケース５と、静止側ジョイントケース４に形成された静止側流体通路部分６ａと回転側ジョイントケース５に形成された回転側流体通路部分６ｂとからなる一連の流体通路６と、両流体通路部分６ａ，６ｂ間をシールするシール手段７とを具備する。

静止側ジョイントケース４は、図１に示す如く、静止側流体通路部分６ａを形成する円筒状の第１通路部８と、第１通路部８を同心状に囲繞する円筒状の軸受部９と、両部８，９の基端部（前端部）間を連結する環状のフランジ部１０とからなる二重筒構造をなす金属製（例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）のものである。フランジ部１０には静止側流路２の下流端部材（汚泥供給配管の管端フランジ）が連結されていて、第１通路部８の内部空間である静止側流体通路部分６ａが静止側流路２に連通接続されている。

回転側ジョイントケース５は、図１に示す如く、回転側流体通路部分６ｂを形成する円筒状の第２通路部１１とその後端外周部に形成された環状のフランジ部１２とからなる金属製（例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）のものである。第２通路部１１の内外径は、静止側ジョイントケース４の第１通路部８の外径より大きく且つ軸受部９の内径より小さく設定されている。フランジ部１２には回転側流路３の上流端部材（給液路が開口される回転軸端）が連結されていて、第２通路部１１の基端側内部空間である回転側流体通路部分６ｂが回転側流路３に連通接続されている。

而して、回転側ジョイントケース５は、図１に示す如く、第２通路部１１に第１通路部８の先端側部分を同心状に挿通させた状態で、第２通路部１１と軸受部９との間に前後一対のベアリング１３ａ，１３ｂを介装することにより、静止側ジョイントケース４に回転自在に且つ軸線方向移動不能に連結されており、脱水処理ドラムの回転軸と共に回転される。ベアリング１３ａ，１３ｂは、軸受部９の先端部分（後端部分）と第２通路部１１の基端部分（後端部分）との間に装填されており、このベアリング装填領域の前後には適当数のオイルシール１４ａ，１４ｂが配置されている。なお、この例では、ベアリング装填領域の前側（ジョイント内部側）には３個のオイルシール１４ａ…が配置されており、ベアリング装填領域の後側（ジョイント外部側）には１個のオイルシール１４ｂが配置されている。各オイルシール１４ａ，１４ｂは、外周部を軸受部９に嵌合固定すると共に内周面を第２通路部１１又はこれに嵌合固定したベアリング押え１５の外周面に相対回転自在に押圧接触させるようにした周知構造のものであるが、オイルシール内周面が接触する環状面部分（第２通路部１１の外周面又はベアリング押え１５の外周面）には、セラミックコーティング１１ａ，１５ａが施されている。静止側ジョイントケース４の軸受部９には、ベアリング１３ａ，１３ｂ間及びベアリング１３ａ，１３ｂとオイルシール１４ａ，１４ｂとの間並びにオイルシール１４ａ，１４ａ間に適宜のグリース（例えばリチウム系グリース）１６を注入するためのグリース注入路１７（一部にプラグ１７ａが設けられている）が形成されている。

シール手段７は、図１に示す如く、両通路部８，１１の対向周面間に充填された環状シール部材２０と、両ジョイントケース４，５間に介設された第１メカニカルシール２１と、両通路部８，１１の対向周面に形成された環状空間であって環状シール部材２０と第１メカニカルシール２１とによって閉塞されたシール室２２と、スラリ流体１より高圧の封液２３をシール室２２に供給する封液供給路２４とを具備する。

環状シール部材２０は、図１及び図３に示す如く、流体通路６とシール室２２との間をシールするもので、第２通路部１１に取り付けたパッキン押え２５とシール室２２に配して第１通路部８と相対回転可能に設けられたパッキン押圧体２７とによって、軸線方向に挟圧された状態で両通路部８，１１間に充填されたグランドパッキンである。パッキン押え２５は、グランドパッキン２０の反シール室側端面（後端面）を押圧すべく両通路部８，１１間に挿入される円筒状の押え部２５ａを有する金属製（例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）のもので、第２通路部１１の基端部（後端部）にボルト２８により取り付けられている。パッキン押圧体２７は、内外径を第１通路部８の外径及び第２通路部１１の内径に略一致させた金属製（例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）の環状体であって、第１通路部８と相対回転可能な状態で軸線方向移動可能に装填されており、第２通路部１１の内周部に突設した環状のスプリング受部２９との間に介装した１個のスプリング２６によりグランドパッキン２０のシール室側端面（前端面）に押圧接触されている。すなわち、グランドパッキン２０は、スプリング２６の弾性力によってパッキン押え２５とパッキン押圧体２７との間に軸線方向に挟圧（圧縮）されている。スプリング２６は第１通路部８に挿通されたもので、その弾性力は、グランドパッキン２０の挟圧力によって決定される両通路部８，１１への接触面圧（シール圧）が適正となるように設定される。

ところで、グランドパッキン２０は、これを挟圧するパッキン押え２５及びパッキン押圧体２７が回転側ジョイントケース５の通路部１１に対して相対回転しない状態で設けられている（パッキン押圧体２７はスプリング２６を介して回転側ジョイントケース５の一部（スプリング受部２９）に保持されている）ことから、回転側ジョイントケース５が回転した場合、グランドパッキン２０は第２通路部１１と共に回転して、第１通路部８との間に滑り（相対回転）を生じる。したがって、グランドパッキン２０によるシール機能が適正に発揮されるためには、グランドパッキン２０の内周面と第１通路部８の外周面との間が封液２３により適度に潤滑されることが必要であるが、第１ロータリジョイントＲ１では、グランドパッキン２０のシール部分（第１通路８との相対回転摺接部分）が封液２３によって良好に潤滑されるように、次のような工夫を施してある。

すなわち、パッキン押圧体２７の後端面つまりグランドパッキン２０との接触面に、図３及び図４に示す如く、第１通路部８と接触しているグランドパッキン２０の内周側部分に食い込む突起２７ａを設けて、当該突起２７ａが食い込んでいるパッキン部分２０ａにおいてはグランドパッキン２０と第１通路部８との間に封液２３が侵入しうるように工夫してある。したがって、回転側ジョイントケース５が回転すると、当該パッキン部分２０ａにおいて侵入した封液２３がグランドパッキン２０と第１通路部８との接触部分（シール部分）に導入されて、当該シール部分を潤滑する。突起２７ａは、パッキン押圧体２７の周方向に等間隔を隔てて複数設けておくことが好ましいが、必要以上に多く設けておくことは封液２３の大量漏れに繋がるために、その設置数はシール条件に応じて適宜に設定すべきである。この例では、図４に示す如く、４個の突起２７ａを設けてある。また、各突起２７ａのグランドパッキン２０への食い込み量Ｌ１も、封液２３の大量漏れを防止するために必要以上に大きくしておくことは裂けねばならず、シール条件にもよるが、一般には、図３に示す如く、グランドパッキン２０の軸線方向長さＬ０の半分若しくは略半分となるように設定しておくことが好ましい。なお、グランドパッキン２０が接触する第１通路部８の外周面部分には、封液２３による潤滑と相俟ってグランドパッキン２０との摩擦力を可及的に低減させるためにセラミックコーティング８ａが施されている。

第１メカニカルシール２１は、図１及び図２に示す如く、回転側ジョイントケース５の通路部１１に固定した回転密封環３０と、これに対向して静止側ジョイントケース４のフランジ部１０に軸線方向に移動可能に保持した静止密封環３１と、静止密封環３１を回転密封環３０へと押圧附勢するスプリング３２とを具備して、両密封環３０，３１の相対回転摺接作用によってシール室２０と後述する封液室との間をシールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。回転密封環３０は、第２通路部１１の先端部（前端部）にＯリング３３を介して内嵌固定されており、第２通路部１１に対する相対回転をドライブピン３４により阻止されている。静止密封環３１は、回転密封環３０に接触する本体部３１ａとこれを嵌合固着する保持部３１ｂとからなる環状体であり、保持部３１ｂをＯリング３５を介してフランジ部１０に保持させると共にフランジ部１０に設けたドライブピン３６に係合させることにより、静止側ジョイントケース４に軸線方向移動可能に且つ相対回転不能に保持されている。スプリング３２は、静止密封環３１の保持部３１ｂとフランジ部１０との間に介装されており、静止密封環３１を回転密封環３０へと押圧接触させるべく附勢している。なお、この例では、回転密封環３０及び静止密封環３１の本体部３１ａは炭化珪素で構成されており、静止密封環３１の保持部３１ｂはチタンで構成されている。

封液供給路２４は、図１に示す如く、両ジョイントケース４，５間に形成された環状空間であって第１メカニカルシール２１を介してシール室２２に隣接する封液室３７と、封液２３を封液室３７に循環供給するための給排液路３８，３９と、静止側ジョイントケース４に設けられたメカニカルシール構成部分つまり静止密封環３１に形成されたオリフィス４０とからなる。

封液室３７は、図１及び図２に示す如く、静止側ジョイントケース４の軸受部９と回転側ジョイントケース５の通路部１１との間に形成された環状空間であって、両ジョイントケース４，５間に介設した２つのメカニカルシール２１，４１によって閉塞されている。すなわち、封液室３７は、シール室２２との間を前記した第１メカニカルシール２１によってシールされると共に、ベアリング１３ａ，１３ｂ及びオイルシール１４ａ，１４ｂが設けられている軸受室４２との間を第２メカニカルシール４１によってシールされている。第２メカニカルシール４１は、図１及び図２に示す如く、最前位のオイルシール１４ａに近接する位置に配して、軸受部９の内周面にＯリング４３及びドライブピン４４を介して内嵌固定されたカーボン製の静止密封環４５と、第２通路部１１の先端部に外嵌固定されたスプリング保持環４６と、静止密封環４５とスプリング保持環４６との間に配して、第２通路部１１にＯリング４７を介して軸線方向移動可能に外嵌保持された回転密封環４８と、スプリング保持環４６と回転密封環４８との間に介装されて、回転密封環４８を静止密封環４５に押圧接触させるべく附勢するスプリング４９とを具備して、両密封環４５，４８の相対回転摺接作用により封液室３７と軸受室４２とを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。回転密封環４８は、静止密封環４５に接触する炭化珪素製の本体部４８ａと、これを嵌合固着するチタン製の保持部４８ｂと、保持部４８ｂに固着されたステンレス鋼製のドライブカラ４８ｃとからなり、ドライブカラ４８ｃに取り付けたドライブピン５０をスプリング保持環４６に挿通係合させることにより、回転密封環４８の軸線方向移動を許容しつつ、その第２通路部１１に対する相対回転を阻止している。なお、静止側ジョイントケース４の軸受部９には、図１に示す如く、最前位のオイルシール１４ａと第２メカニカルシール４１との間の軸封室部分４２ａに漏洩した封液２３ａを排出するドレン５１が設けられている。また、この例では、ジョイントケース４，５及びメカニカルシール２１，４１に使用されるＯリングは、そのすべてを、フッ素ゴム製のものとしている。

給液路３８は、図１及び図２に示す如く、静止側ジョイントケース４に形成されて封液室３７に開口されており、封液供給ライン３８ａから供給される封液２３を封液室３７に連続供給する。排液路３９は、図１及び図２に示す如く、静止側ジョイントケース４に形成されて封液室３７に開口されており、封液２３を封液室３７から封液排出ライン３９ａに排出する。両ライン３８ａ，３９ａは圧力調整機構を備えた循環回路を構成していて、封液２３を封液室３７に循環供給させつつ、封液室３７の圧力を一定範囲に保持する。すなわち、封液室３７における封液２３の圧力は、流体通路６を流動するスラリ流体１よりやや高圧となるように（例えば、スラリ流体１の圧力より０．０５ＭＰａ程度高圧となるように）保持される。封液２３としては、スラリ流体１に混入することが許容されるものが使用され、一般にはスラリ流体１の液成分と同質の液体が使用される。この例では、スラリ流体１が下水汚泥，屎尿汚泥等であることから、水道水等の清水（常温）が使用されている。

オリフィス４０は、図１及び図２に示す如く、静止密封環３１の保持部３１ｂにこれを径方向に貫通して形成された１個の細孔であり、両室２２，３７を連通して、封液２３を封液室３７からシール室２２に供給，充填する。オリフィスたる細孔４０の孔径は一般に１ｍｍ前後としておくことが好ましく、この例では１ｍｍに設定してある。なお、オリフィス４０を構成する細孔の数及び孔径は、封液２３のスラリ流体１への混入許容量に応じて適宜に設定することができ、当該混入許容量に制限がない場合には任意に設定することができる。

以上のように構成された第１ロータリジョイントＲ１にあっては、両ジョイントケース４，５における通路部８，１１の内部領域（流体通路６）と外部領域（軸受室４２等）との間に流体通路６を流動するスラリ流体１より高圧の封液２３を封入したシール室２２が介在されていること、シール室２２のシール手段として、スラリ流体１に直接接触する箇所においてはグランドパッキン２０を使用すると共にスラリ流体１とは接触しない箇所においては端面接触形のメカニカルシール（第１メカニカルシール）２１を使用していること、及びシール室２２への封液供給をオリフィス４０を介して行なうようにしたことから、スラリ流体１が下水汚泥，屎尿汚泥等のスラリ濃度の高いものである場合にも、当該スラリ流体１を長期に亘って漏れを生じることなく良好に流動させることができる。

すなわち、シール室２２には、スラリ流体１より高圧の封液２３が封入されていることから、静止側流体通路部分６ａから回転側流体通路部分６ｂへと流動するスラリ流体１が両通路部分６ａ，６ｂの相対回転部分から漏れることがない。

また、グランドパッキン２０は、メカニカルシールのような高度のシール機能を発揮するものではないが、メカニカルシールのように下水汚泥等との接触によりシール機能が短時間で低下，喪失するものでない。すなわち、メカニカルシール、例えば第１メカニカルシール２１をスラリ流体１に接触する箇所に使用したとすると、相対回転する密封環３０，３１間や静止密封環３１の二次シール部分（Ｏリング３５により保持した部分）に汚泥等のスラリ成分が侵入して、密封環３０，３１が適正に接触しなくなったり静止密封環３１の追従動作（軸線方向変位）が不良となって、短期間のうちに、シール機能が低下，喪失することになる。しかし、グランドパッキン２０は、メカニカルシール２１のような高度のシール機能を発揮し得ないものであるから、スラリ流体１より高圧の封液２３が当該パッキン２０のシール部分（相対回転する第１通路部８との接触部分）から流体通路６側へと漏れることになり、これによりシール部分へのスラリ流体１の侵入が阻止される。そのため、グランドパッキン２０のシール機能がスラリ流体１との接触により低下，喪失するようなことはない。また、シール部分から漏洩する封液２３によって、グランドパッキン２０と第１通路部８との間が潤滑されることから、第１通路部８との接触摩耗によるグランドパッキン２０の損傷が防止され、グランドパッキン２０によるシール機能が長期に亘って良好に発揮される。

ところで、グランドパッキン２０からの封液２３の漏れが微量である限り、封液２３がスラリ流体１の液分と同質であるから、漏洩封液２３がスラリ流体１に混入することによって何らの問題も生じない。例えば、遠心脱水機により脱水処理される下水汚泥，屎尿汚泥等については、封液２３として使用される水が微量混入しても、その後の脱水処理には何らの影響も及ぼさない。また、グランドパッキン２０のシール部分は封液２３により潤滑されるが、この潤滑が十分に行なわれない場合には、第１通路部８との接触摩耗によりグランドパッキン２０が損傷して大量漏れを生じることになる。

したがって、スラリ流体１のシールを長期に亘って良好に行うためには、グランドパッキン２０のシール部分からはグランドパッキン２０と第１通路部８との接触部分における潤滑を十分に行いうる程度の漏れがあり、且つその漏れがスラリ流体１に悪影響を及ぼさない程度に微量であることが一般に必要であるが、このような要請は、第１メカニカルシール２１及びオリフィス４０を設けておくことによって満足される。

すなわち、シール室２２とこれに隣接する封液室３７とが細孔であるオリフィス４０を介して連通されていることから、グランドパッキン２０からの漏れに応じてオリフィス４０からシール室２２への封液供給量が自動制御されて、流体通路６を流動するスラリ流体１の圧力が変動するような場合にも、グランドパッキン２０からの漏れ量が常に適正範囲（以下「適正漏れ量」という）に保持される。例えば、一時的にグランドパッキン２０からの漏れが適正漏れ量より増加すると、オリフィス４０からシール室２２への封液供給量と適正漏れ量との間に増加する方向の流量差が生じ、オリフィス４０内（細孔によって形成される流路内）での封液流速が大きくなる。その結果、速度増加分の損失が生じることから、オリフィス４０からシール室２２への封液供給量が減少して、グランドパッキン２０から漏れ量が適正漏れ量に瞬時に調整される。逆に、グランドパッキン２０からの漏れが適正漏れ量より減少すると、オリフィス４０からシール室２２への封液供給量と適正漏れ量との間に減少する方向の流量差が生じ、オリフィス４０内での封液流速が小さくなり、速度低下に伴って損失が適正時よりも減少するため、オリフィス４０からシール室２２への封液供給量が増加して、グランドパッキン２０から漏れ量が適正漏れ量に瞬時に調整される。なお、オリフィス４０を回転する部材（回転側ジョイントケース５又はこれに設けられたメカニカルシール構成部分）に形成した場合には、オリフィス４０からの封液供給量が回転条件次第で不安定となる可能性がある。したがって、上記したオリフィス機能が良好に発揮されるためには、オリフィス４０を回転しない部材に形成しておくべきである。

さらに、シール室２２をグランドパッキン２０と共にシールする手段としてメカニカルシール２１を使用しているから、つまりシール室２２と封液室３７との間が第１メカニカルシール２１によって高度にシールされているから、シール室２２内の圧力がグランドパッキン２０からの漏れを正確に反映して変動することになる。その結果、上記したオリフィス機能が適正に発揮されることになり、グランドパッキン２０からの漏れ制御が良好に行なわれる。仮に、第１メカニカルシール２１に代えてグランドパッキン２０のような低シール機能の環状シール部材を使用すると、シール室２２内の圧力がグランドパッキン２０からの漏れを正確に反映せず、かかる漏れとは無関係に変動することになり、上記したオリフィス機能は適正に発揮されない。

したがって、グランドパッキン２０のシール部分は常に封液２３により適度に潤滑されることになり、且つシール部分からの漏れが適正漏れ量に保持されることから、スラリ流体１のシールを長期に亘って良好に行なうことができ、スラリ流体１を、それが下水汚泥，屎尿汚泥等のスラリ濃度の高いものである場合にも、静止側流路２から回転側流路３へと良好に流動させることができる。

ところで、上記したオリフィス機能は、パッキン押圧体２７の突起２７ａによりグランドパッキン２０の一部２０ａを非シール部分となしておくことによって、より効果的に発揮されることになる。すなわち、突起２７ａが食い込んでいるパッキン部分２０ａにおいては、シール室２２の封液２３が積極的に侵入することになる。したがって、回転側ジョイントケース５の回転に伴って、グランドパッキン２０と第１通路部８との接触部分（正確には、グランドパッキン２０とセラミックコーティング８ａとの接触部分）には、上記パッキン部分２０ａから侵入した封液２３が徐々に浸透していき、当該接触部分を良好に潤滑することになる。その結果、第１ロータリジョイントＲ１が遠心脱水機のような高速回転機器に装備されて、グランドパッキン２０と第１通路部８とが高速で相対回転する場合にも、これによってグランドパッキン２０が摩耗損傷することがなく、上記したオリフィス機能が適正に発揮される。

また、遠心脱水機のような高速回転機器においては、回転側ジョイントケース５の高速回転によりベアリング１３ａ，１３ｂが激しく発熱して、熱損する虞れがある。しかし、第１ロータリジョイントＲ１にあっては、ベアリング１３ａ，１３ｂの内周部を保持する第２通路部１１がシール室２２の外周壁を構成しており、シール室２２の封液２３によって冷却（水冷）されることから、ベアリング１３ａ，１３ｂの外周部を保持する軸受部９が封液室３７の封液２３との接触により冷却されることとも相俟って、ベアリング１３ａ，１３ｂ（及びオイルシール１４ａ，１４ｂ）の発熱が抑制されて、熱損による寿命低下が可及的に防止される。

なお、上記した第１ロータリジョイントＲ１における効果，機能は、スラリ流体１が回転側流路３から静止側流路２へと流動される用途に使用された場合にも、同様に発揮されることはいうまでもない。

図５は本発明に係るロータリジョイントの第２の実施の形態を示した縦断側面図であり、この実施の形態におけるロータリジョイント（以下『第２ロータリジョイント』という）Ｒ２は、ベアリング１３ａ，１３ｂ（及びオイルシール１４ａ，１４ｂ）を保持する静止側ジョイントケース４の軸受部９を冷却液２３ｂによるラジエータ構造とした点を除いて、上記した第１ロータリジョイントＲ１と同一構造をなすものである。なお、第２ロータリジョイントＲ２における各構成部材のうち、第１ロータリジョイントＲ１と同一構造をなすものについては、図５において同一の符号を付することによって、その詳細は省略することとする。

すなわち、第２ロータリジョイントＲ２にあっては、図５に示す如く、ベアリング１３ａ，１３ｂ及びオイルシール１４ａ，１４ｂを保持している静止側ジョイントケース４の軸受部９を、これに冷却液２３ｂが流動する冷却液通路６０を形成して、ベアリング１３ａ，１３ｂ及びオイルシール１４ａ，１４ｂを冷却するラジエータ構造に構成してある。冷却液通路６０は、前位のベアリング１３ａに対応する位置に配して、軸受部９の外周部にこれと同心をなして形成された環状空間である。冷却液通路６０には、軸受部９に形成した第１〜第３連通路６１，６２，６３を介して、封液室３７の封液（水）２３が冷却液２３ｂとして供給されるようになっている。第２連通路６２は、第２メカニカルシール４１の静止密封環４５に対応する位置に配して、軸受部９の内周部にこれと同心をなして形成された環状通路であり、第１連通路路６１は封液室３７と第２連通路６２とを連通するものであり、第３連通路６３は第２連通路６２と冷却液通路６０とを連通するものである。また、軸受部９には、冷却液通路６０に連通する排出路６４が形成されている。この排出路６４には、前記した封液排出ライン３９ａが接続されていて、封液２３（冷却液２３ｂ）を封液室３７から冷却液通路６０へと循環流動させるようになっている。すなわち、第２ロータリジョイントＲ２では、第１ロータリジョイントＲ１における排液路３９が冷却液通路６０、連通路６１，６２，６３及び排出路６４で構成されている。なお、第３連通路６３と排出路６４とは、図５に示す如く、冷却液通路６０に前後に対向して開口されているが、その両開口部間における冷却液通路部分に設けた隔壁６５により、両路６３，６４間のショートパスを阻止するようにしている。また、この例では、封液２３ないし冷却液２３ｂとして常温水が使用されているが、必要に応じて、封液供給ライン３８ａ及び封液排出ライン３９ａで構成される循環回路に冷却機構を設けて、冷却液通路６０から排出されて封液室３７に循環供給される封液２３を冷却するようにすることも可能である。

このように構成された第２ロータリジョイントＲ２にあっては、第１ロータリジョイントＲ１と同様の効果，機能を発揮する他、更にベアリング１３ａ，１３ｂを保持する静止側ジョイントケース４の軸受部９が冷却液２３ｂ（封液２３である水）が循環流動する水冷ラジエータ構造とされていることから、回転側ジョイントケース５が高速回転する場合にも、ベアリング１３ａ，１３ｂ（及びオイルシール１４ａ，１４ａ）が充分に冷却されて、発熱により熱損する虞れがない。したがって、遠心脱水機のような高速回転機器に装備された場合にも、耐久性が向上し、長期に亘って良好なジョイント機能を発揮させることができる。しかも、冷却液２３ｂとして封液２３を使用して、封液供給装置と冷却液供給装置とを兼用するようにしたから、両供給装置を各別に設ける場合に比して遠心脱水機を含むシステム全体の簡略化を図ることができる。なお、冷却液通路６０を設けない第１ロータリジョイントＲ１においても、上述した如く、ベアリング１３ａ，１３ｂがシール室２２及び封液室３７の封液２３によって冷却されるが、第２ロータリジョイントＲ２のように軸受部９を水冷式ラジエータ構造としておくことによって、当該冷却が更に効果的に行なわれることになる。

また、図６は本発明に係るロータリジョイントの第３の実施の形態を示した縦断側面図であり、この実施の形態におけるロータリジョイント（以下『第３ロータリジョイント』という）Ｒ３は、環状シール部材であるグランドパッキン２０の挟圧力付与手段として複数個のスプリング６６を使用するようにした点を除いて、上記した第２ロータリジョイントＲ２と同一構造をなすものである。なお、第３ロータリジョイントＲ３における各構成部材のうち、第２ロータリジョイントＲ２と同一構造をなすものについては、図６及びその要部の拡大図である図７において同一の符号を付することによって、その詳細は省略することとする。

すなわち、第３ロータリジョイントＲ３にあっては、図６及び図７に示す如く、パッキン押圧体２７とスプリング受部２９との間にスプリング保持環６７を配置して、このスプリング保持環６７に複数個のスプリング６６（１個のみ図示）を保持させてある。すなわち、スプリング保持環６７は、スプリング受部２９に衝合させた状態で第２通路部１１の内周面に嵌合固定されており、周方向に等間隔を隔てて形成した軸線方向貫通状の複数のスプリング保持孔６７ａに夫々スプリング６６を挿通保持させてある。各スプリング６６は、スプリング保持孔６７ａに挿通保持された状態で、スプリング受部２９とパッキン押圧体２７との間に装填されていて、パッキン押圧体２７を、第１又は第２ロータリジョイントＲ１，Ｒ２におけるスプリング２６と同様に、グランドパッキン２０へと押圧附勢している。スプリング受部２９には、各スプリング保持孔６７ａに連通する連通孔２９ａが形成されている。スプリング保持環６７は、これに突設したピン６７ｂをスプリング受部２９に形成した係合孔２９ｂに係合させることにより、第２通路部１１に対する相対回転が阻止されている。

このように構成された第３ロータリジョイントＲ３では、複数個のスプリング６６によりパッキン押圧体２７をその周方向における等間隔位置で押圧することから、パッキン押圧体２７によるグランドパッキン２０の押圧力が不均等とならず、グランドパッキン２０の挟圧がより適正に行なわれる。

なお、本発明の構成は上記した第１〜第３ロータリジョイントＲ１，Ｒ２，Ｒ３に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。

例えば、第１〜第３ロータリジョイントＲ１，Ｒ２，Ｒ３ではオリフィス４０を第１メカニカルシール２１の静止側部材である静止密封環３１に形成したが、図８に示す如く、静止側ジョイントケース４に形成するようにしてもよい。オリフィス４０の形成場所は、それが静止側部材である限り、オリフィス機能上、特に制限されないが、封液２３による澱み部分を生じさせないためには、メカニカルシール（第１メカニカルシール）２１によるシール箇所の近傍においてシール室２２に開口しうる場所としておくことが好ましい。

また、第１〜第３ロータリジョイントＲ１，Ｒ２，Ｒ３では、パッキン押圧体２７をスプリング２６，６６によりグランドパッキン２０へと押圧附勢するようにして、グランドパッキン２０の挟圧力つまりシール力をスプリング２６，６６によって付与するように構成したが、シール条件によっては、図９に示す如く、スプリング２６，６６を設けることなく、パッキン押圧体２７を第２通路部１１の内周面に突設した環状係止部６８に係止させて、グランドパッキン２０の挟圧力（シール力）をパッキン押え２５のボルト２８による締め付け力によって調整するようにしておくことも可能である。一方、スプリング２６，６６を設けておくときは、スラリ流体１が堆積することによる目詰まりを阻止するために、当該スプリング２６，６６は上記した如くスラリ流体１に直接接触しない場所に配置しておくことが好ましい。

また、第１〜第３ロータリジョイントＲ１，Ｒ２，Ｒ３では、回転側ジョイントケース５の通路部１１をシール室２２の外周壁を構成する第２通路部とし、静止側ジョイントケース４の通路部８をシール室２２の内周壁を形成する第１通路部８としたが、このような両通路部８，１１の関係は逆にすることも可能である。すなわち、静止側ジョイントケース４の通路部８を大径の第２通路部とすると共に回転側ジョイントケース５の通路部１１を当該通路部８に挿入しうる小径の第１通路部として、通路部８の内周面と通路部１１の外周面との間にシール室２２を形成するようにしてもよい。この場合、回転側ジョイントケース５に前記軸受部９に相当する軸受部を設けて、この軸受部と静止側ジョイントケース４の通路部８との間にベアリング１３ａ，１３ｂ（及びオイルシール１４ａ，１４ｂ）を介装するようにする。

また、環状シール部材２０としては上記したグランドパッキンに限定されないが、環状シール部材２０からの封液２３の漏れ量をオリフィス４０によって制御でき且つ高速回転に対する耐久性に優れたものであるものを使用することが好ましい。

また、本発明のロータリジョイントは、下水汚泥，屎尿汚泥等のようにスラリ濃度が高いスラリ流体を扱う遠心脱水機等の回転機器に好適するものであるが、環状シール部材２０からの封液漏れ（微量封液の混入）を許容できるものである限り、スラリ濃度が低いスラリ流体を含むあらゆる性状のスラリ流体に対しても良好に適用することができ、その用途は極めて広範である。

第１ロータリジョイントを示す縦断側面図である。 図１の要部を拡大して示す詳細図である。 図１の他の要部を拡大して示す詳細図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う要部の縦断正面図である。 第２ロータリジョイントを示す縦断側面図である。 第３ロータリジョイントを示す縦断側面図である。 図６の要部を拡大して示す詳細図である。 本発明に係るロータリジョイントの変形例を示す要部の縦断側面図である。 本発明に係るロータリジョイントの他の変形例を示す要部の縦断側面図である。

符号の説明

Ｒ１…第１ロータリジョイント（スラリ用ロータリジョイント）、 Ｒ２…第２ロータリジョイント（スラリ用ロータリジョイント）、Ｒ３…第３ロータリジョイント（スラリ用ロータリジョイント）、１…スラリ流体、２…静止側流路、３…回転側流路、４…静止側ジョイントケース、 ５…回転側ジョイントケース、６…流体通路、６ａ…静止側流体通路部分、６ｂ…回転側流体通路部分、７…シール手段、８…第１通路部（静止側ジョイントケースの通路部）、９…軸受部、１０…フランジ部、１１…第２通路部（回転側ジョイントケースの通路部）、１２…フランジ部、１３ａ，１３ｂ…ベアリング、１４ａ，１４ｂ…オイルシール、２０…グランドパッキン（環状シール部材）、２０ａ…パッキン部分（突起が食い込んでいるシール部材部分）、 ２１…第１メカニカルシール（シール室をシールするメカニカルシール）、２２…シール室、２３，２３ａ…封液、２３ｂ…冷却液（封液）、２４…封液供給路、２５…パッキン押え、２６…スプリング（第１メカニカルシールのスプリング）、２７…パッキン押圧体、２７ａ…突起、２９…スプリング受部、３０…回転密封環（回転側ジョイントケースに設けられたメカニカルシール構成部分）、３１ａ…静止密封環の本体部、３１ｂ…静止密封環の保持部、３７…封液室、４０…オリフィス、４１…第２メカニカルシール、６０…冷却液通路。

Claims (7)

1. 静止側流路に接続される円筒状の通路部を有する静止側ジョイントケースに、回転側流路に接続される円筒状の通路部を有する回転側ジョイントケースを、一方の通路部たる第１通路部を他方の通路部である第２通路部に同心状に挿入させた状態で、両通路部の軸線回りで回転自在に連結して、両通路部内を貫通する一連の流体通路を形成し、
   両通路部の対向周面間に、この対向周面間に充填した環状シール部材と両ジョイントケース間に介設したメカニカルシールとによって閉塞された環状空間であって流体通路との間を環状シール部材によってシールされたシール室を形成すると共に、静止側ジョイントケース又はこれに設けられたメカニカルシール構成部分にシール室に連通するオリフィスを形成して、
   流体通路を流動するスラリ流体より高圧で且つ当該流体に混入することが許容される封液を、オリフィスからシール室に供給，充満させるように構成したことを特徴とするスラリ流体用ロータリジョイント。
2. 両ジョイントケース間に、前記メカニカルシールを含む２つのメカニカルシールによって閉塞された環状空間であって前記オリフィスを介してシール室に連通する封液室を形成すると共に、静止側ジョイントケースに、封液を封液室に供給する給液路を形成してあることを特徴とする、請求項１に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
3. シール室と封液室との間をシールするメカニカルシールが、静止側ジョイントケースに設けた静止密封環と回転側ジョイントケースに設けた回転密封環とが相対回転摺接する端面接触形のものであり、当該静止密封環にシール室と封液室とを連通する細孔を形成して、この細孔を前記オリフィスとなしていることを特徴とする、請求項２に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
4. 回転側ジョイントケースが第２通路部を有しており、静止側ジョイントケースが第１通路部と第２通路部を同心状に囲繞する円筒状の軸受部とを有しており、両ジョイントケースを相対回転自在に連結するベアリングが回転側ジョイントケースの第２通路部と静止側ジョイントケースの軸受部との対向周面間に装填されており、軸受部には冷却液が流動する冷却液通路が形成されていることを特徴とする、請求項１、請求項２又は請求項３に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
5. 冷却液通路が封液室に連通されていて、封液室に供給された封液の一部が冷却液として冷却液通路に供給されるように構成してあることを特徴とする、請求項４に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
6. 環状シール部材が、一方の通路部に取り付けたパッキン押えとシール室に配して他方の通路部に対して相対回転可能に設けられたパッキン押圧体とによって軸線方向に挟圧された状態で両通路部間に充填されたグランドパッキンであり、パッキン押圧体に、グランドパッキンの内周側部分又は外周側部分であって上記他方の通路部と接触しているパッキン部分に食い込む突起を設けて、当該突起が食い込んでいる箇所においてグランドパッキンと当該他方の通路部との間に封液が導入されるように構成していることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又請求項５に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。
7. 封液として水を使用することを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又請求項６に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。