JP2006194201A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 部品の摩耗が極めて少なく、また軸封機構への水の供給を不要とすることができるポンプを提供する。
【解決手段】 ケーシング１に収容された羽根車３と、羽根車３が固定された回転軸７と、羽根車３の回転により昇圧された液体がモータ側に流れることを防止する減圧羽根車５と、減圧羽根車５のモータ側に配置された軸封機構２０とを備え、軸封機構２０のシール機能は、該軸封機構２０が液体の圧力を受けたときに作動するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はポンプに係り、特に製紙工場で用いられるパルプ液などのスラリーを移送するためのポンプに関するものである。

従来からパルプ液などのスラリーの移送には遠心式の渦巻ポンプが広く使用されている。この種のポンプを図５及び図６に示す。遠心式ポンプは、図５に示すように、吐出し口１ａを有するケーシング１と、ケーシング１に固定された吸込カバー２及びケーシングカバー６´とを備えている。羽根車３は、その開口部が吸込み口２ａを向くようにケーシング１内に配置され、軸受２１に支持されたポンプ軸７に固定されている。ポンプ軸７には図示しないモータが連結されており、このモータによりポンプ軸７を介して羽根車３が回転駆動される。

羽根車３の背面側には軸封機構としてのグランドパッキン１６が設けられている。ポンプ軸７はグランドパッキン１６を貫通するように配置されている。グランドパッキン１６は、円筒状のシールケース１６ａと、シールケース１６ａ内に充填されたパッキン１６ｂと、パッキン１６ｂを押え付けるパッキン押さえ１６ｃとから基本的に構成されている。パッキン１６ｂは、ポンプ軸７の外周面に固定されたスリーブ７ａに摺接し、これにより、ケーシング１内の液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。

図６に示すポンプは、軸封機構としてメカニカルシール１７を用いており、その他の構成は図５に示すポンプと同様である。このメカニカルシール１７は、スリーブ７ａの外周面に取り付けられた回転側摺動部材１７ａと、シールカバー９´に固定された固定側摺動部材１７ｂと、回転側摺動部材１７ａを固定側摺動部材１７ｂに押圧するスプリング１７ｃとから基本的に構成されている。回転側摺動部材１７ａは固定側摺動部材１７ｂに摺接しながら回転し、これにより、ケーシング１内の液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。

上述したグランドパッキン１６では、ポンプ軸７のスリーブ７ａがパッキン１６に摺接しながら回転するため、発熱を伴う。このため、ポンプ運転中は、冷却のために清浄な水が外部からパッキン１６ｂに常時供給されるようになっている。メカニカルシール１７においても、回転側摺動部材１７ａが固定側摺動部材１７ｂに摺接しながら回転するため、発熱を伴う。また、取扱液がスラリーの場合、メカニカルシール１７にスラリーが付着すると、シール機能が損なわれ、また、回転側摺動部材１７ａと固定側摺動部材１７ｂの摩耗を促進させてしまう。このため、ポンプ運転中は、メカニカルシール１７の冷却及び洗浄を目的として清浄な水が外部からメカニカルシール１７に常時供給されるようになっている。

しかしながら、上記軸封機構には次のような不都合がある。グランドパッキン１６においては、パッキン１６ｂは回転するポンプ軸７と摺接するため、ポンプ軸７とパッキン１６ｂが摩耗する。図５の例では、ポンプ軸７の摩耗を防ぐためにポンプ軸７の摺接部にスリーブ７ａを装着しているが、この場合はスリーブ７ａが摩耗することになる。また、摺接に伴って熱が発生するので、ポンプ運転中は清浄な水を外部から常時注水する必要があり、多量の水を消費する。

メカニカルシール１７においては、回転側摺動部材１７ａと固定側摺動部材１７ｂが互いに摺接するため、これらの部材が摩耗する。また、上述したように、メカニカルシール１７の冷却及び洗浄を目的として、ポンプ運転中は清浄な水を外部から常時注水する必要があり、多量の水を消費する。

いずれの場合も、パッキン１６ｂ、ポンプ軸７あるいはスリーブ７ａ、回転側摺動部材１７ａ、及び固定側摺動部材１７ｂなどの部品が摩耗するため、これらの摩耗した部品を定期的に交換する必要があり、そのために、ポンプを停止して交換する作業が必要となる。また、従来の軸封機構では、水を供給するための部品費用、水の費用などが発生することになる。また、供給された水が外部に漏れてポンプ周辺を汚すなどの問題もある。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、部品の摩耗が極めて少なく、また軸封機構への水の供給を不要とすることができるポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ケーシングに収容された羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記羽根車の回転により昇圧された液体がモータ側に流れることを防止する減圧羽根車と、前記減圧羽根車のモータ側に配置された軸封機構とを備え、前記軸封機構のシール機能は、該軸封機構が液体の圧力を受けたときに作動することを特徴とするポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記軸封機構は、前記回転軸に取り付けられた変形可能な回転側シール部材と、前記回転側シール部材との間に隙間が形成されるように配置された固定側シール部材とを備え、前記回転側シール部材は、液体の圧力を受けて前記固定側シール部材に当接することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記羽根車の裏面には、液体を減圧させるための複数の減圧羽根が設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記固定側シール部材は遊動可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転側シール部材は、前記回転軸と共に回転する固定リングに固定されていることを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、ポンプ運転中は、減圧羽根車の中において、内周側に存在する空気と外周側に存在する減圧された液体とがバランスし、液体が減圧羽根車内に留まる。従って、液体が軸封機構に流入することがなく、液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。一方、ポンプ停止中は、羽根車の昇圧作用及び減圧羽根車の減圧作用がなくなり、液体は羽根車及び減圧羽根車を通過して軸封機構に到達する。このとき、軸封機構に液体の圧力が作用してそのシール機能が作動し、これにより液体の漏洩が防止される。

上述した本発明によれば、次のような優れた効果を得ることができる。
（１）摩耗による交換部品数が少ない。
（２）摩耗が少ないので部品の寿命が長くなる。
（３）ポンプ運転中に清浄な水を供給する必要がないので、給水のための諸費用を省くことができる。また、ポンプ外部に水が漏れるといった問題も解決される。

以下、本発明の一実施形態に係るポンプについて図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るポンプを示す断面図である。図１に示すように、ポンプは、吐出し口１ａ及び渦巻室１ｂを有するケーシング１と、吸込み口２ａを有する吸込カバー２と、ケーシング１に固定されたケーシングカバー６と、ケーシング１の内側に配置された減圧室カバー４とを備えている。吸込カバー２はケーシング１に固定され、ケーシングカバー６は吸込カバー２の反対側に位置している。

ケーシング１、吸込カバー２、及び減圧室カバー４により画成された空間内には羽根車３が配置されている。この羽根車３は遠心式羽根車であり、複数の表羽根３ａを有している。羽根車３の裏面には複数の裏羽根（第１の減圧羽根）３ｂが設けられている。これらの裏羽根３ｂは液体を減圧するために設けられている。

減圧室カバー４とケーシングカバー６により画成された空間内には、複数の減圧羽根（第２の減圧羽根）５ａを備えた減圧羽根車５が配置されている。この減圧羽根車５は羽根車３の背面側に配置され、羽根車３及び減圧羽根車５は、いずれもポンプ軸（回転軸）７に固定されている。ポンプ軸７は軸受２１によって回転自在に支持されており、ポンプ軸７には図示しないモータが連結されている。すなわち、ポンプ軸７の一方の端部に羽根車３が固定され、他方の端部にモータが連結される。ポンプ軸７に固定された羽根車３及び減圧羽根車５は、モータによって一体に回転駆動される。減圧羽根車５は、その外周部から液体が流入するように配置されていて、回転する減圧羽根車５により液体が減圧されるようになっている。

図２は図１に示す羽根車をモータ側から見たときの平面図である。図２に示すように、羽根車３の表面（吸込側面）には螺旋状に延びる４枚の表羽根３ａが設けられ、羽根車３の裏面（モータ側面）には螺旋状に延びる４枚の裏羽根３ｂが設けられている。裏羽根３ｂの入口角度β_１´及び出口角度β_２´は、表羽根３ａの入口角度β_１及び出口角度β_２よりもそれぞれ大きく設定されている。なお、図２に示す矢印Ｃは羽根車３の回転方向を示している。

図３は図１に示す減圧羽根車をモータ側から見たときの平面図である。図３に示すように、減圧羽根車５の裏面（モータ側面）には６枚の減圧羽根５ａが設けられている。これらの減圧羽根５ａは放射状に延び、周方向において等間隔に配置されている。

図１に示すように、ポンプ軸７の外周面には、円筒状のスリーブ７ａが取り付けられており、このスリーブ７ａの一部を取り囲むように軸封機構２０が設けられている。この軸封機構２０は減圧羽根車５のモータ側に位置している。ポンプ軸７上には、羽根車３、減圧羽根車５、及びスリーブ７ａが、この順に配置されている。ポンプ軸７は、軸封機構２０、ケーシングカバー６、及び減圧室カバー４を貫通し、その一端はケーシング１内に位置している。

図４は図１に示す軸封機構を示す拡大断面図である。図４に示すように、軸封機構２０は、ケーシングカバー６に固定されたシールケース８と、シールケース８に固定された円筒状のシールカバー９と、シールカバー９の内周面に取り付けられた環状の固定側シールリング（固定側シール部材）１１と、スリーブ７ａの外周面に設けられた回転シール板（回転側シール部材）１０とを備えている。回転シール板１０は固定側シールリング１１の上流側（吸込み側）に位置している。

固定側シールリング１１の外周面には周方向に延びる断面凹状の溝が形成されており、この溝にはゴムなどの弾性材から形成されたシールリング（例えばＯリング）１５が嵌入されている。シールリング１５の外径は、固定側シールリング１１の外径よりもやや大きくなっている。従って、シールカバー９内に嵌入された固定側シールリング１１は、シールリング１５の弾性により軸方向及び径方向に遊動可能となっている。シールカバー９のシールケース８と反対側の端部には、径方向内側に突出する段部９ａが形成されており、この段部９ａによって固定側シールリング１１の回転シール板１０と反対方向への動きが規制されている。

シールカバー９の径方向内側には、押さえリング１２及び固定リング１３が配置されている。固定リング１３は、ポンプ軸７のスリーブ７ａの外周面に固定されており、回転シール板１０は押さえリング１２と固定リング１３との間に挟まれている。なお、スリーブ７ａを省いて、回転シール板１０、押さえリング１２、及び固定リング１３を直接ポンプ軸７に取り付けてもよい。回転シール板１０は薄い円板形状を有し、液体の圧力を受けたときに弾性変形しやすくなっている。固定リング１３、回転シール板１０、押さえリング１２は、この順に配列され、固定リング１３が吸込み側（羽根車側）に位置している。回転シール板１０は押さえリング１２によって固定リング１３に固定され、回転シール板１０、押さえリング１２、及び固定リング１３はポンプ軸７と共に回転する。

押さえリング１２の内周面には周方向に延びる溝が形成されており、溝、スリーブ７ａ、及び回転シール板１０によって形成された空間にシールリング（例えばＯリング）１４が収容されている。回転シール板１０の外径は固定側シールリング１１の内径よりも大きく、かつ固定側シールリング１１の外径よりも小さく設定されている。回転シール板１０と固定側シールリング１１とは互いに近接して配置され、回転シール板１０の側面と固定側シールリング１１の側面との間には微小な隙間が形成されている。回転シール板１０の固定側シールリング１１と反対側の側面は所定の径方向位置から外周端部に向かって傾斜し、その側面の全周に亘ってテーパ部が形成されている。

次に、上述のように構成されたポンプの動作について説明する。モータにより羽根車３を回転させると、吸込み口２ａから吸い込まれた液体は、羽根車３の回転により昇圧され、吐出し口１ａから吐出される。羽根車３から出た液体の一部は、羽根車３の裏羽根３ｂに流れ込み、回転する裏羽根３ｂにより減圧される。液体は減圧羽根車５の外周部に流入し、減圧羽根車５により更に減圧される。減圧羽根車５により減圧された液体は、減圧羽根車５の中で環状をなして存在する。すなわち、減圧羽根車５の中では、内周側に存在する空気と外周側に存在する液体との間でバランスした状態が保たれる。このようにして、減圧された液体は回転する減圧羽根車５によって保持されるので、液体は軸封機構２０へは流入しない。このとき、回転シール板１０と固定側シールリング１１は非接触に保たれており、これら間に摩耗が生じることはない。

ポンプが停止すると羽根車３による昇圧作用はなくなり、裏羽根３ｂによる減圧作用と減圧羽根車５による減圧作用もなくなる。この状態では、吸込み口２ａから流入した液体は裏羽根３ｂと減圧羽根車５を通過して、軸封機構２０に到達する。このとき、液体の圧力（吸込み口２ａにおける液体の押込み圧力）が回転シール板１０に働き、回転シール板１０が固定側シールリング１１に当接する。このようにして軸封機構２０のシール機能が作動し、液体がポンプの外に漏れるのが防止される。

また、ポンプ運転中は回転シール板１０が回転するので、パルプ液などのスラリーが回転シール板１０に付着しにくい。仮にスラリーが回転シール板１０に付着しても、回転により飛ばされてポンプ停止時のシール性能を損なうことが防止される。固定側シールリング１１は、弾性体のシールリング１５を介して遊動可能に取り付けられているので、ポンプ停止時に回転シール板１０が変形して固定側シールリング１１に接触した時に、固定側シールリング１１が回転シール板１０の傾きに追随しやすくなる。このように、上記構成を有する回転シール板１０及び固定側シールリング１１によれば、シール性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るポンプを示す断面図である。 図１に示す羽根車をモータ側から見たときの平面図である。 図１に示す減圧羽根車をモータ側から見たときの平面図である。 図１に示す軸封機構の拡大断面図である。 グランドパッキンを備えた従来のポンプを示す断面図である。 メカニカルシールを備えた従来のポンプを示す断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
１ａ 吐出し口
１ｂ 渦巻室
２ 吸込カバー
２ａ 吸込み口
３ 羽根車
３ａ 表羽根
３ｂ 裏羽根
４ 減圧室カバー
５ 減圧羽根車
５ａ 減圧羽根
６，６´ ケーシングカバー
７ ポンプ軸
７ａ スリーブ
８ シールケース
９，９´ シールカバー
９ａ 段部
１０ 回転シール板（回転側シール部材）
１１ 固定側シールリング（固定側シール部材）
１２ 押さえリング
１３ 固定リング
１４，１５ シールリング
１６ グランドパッキン
１６ａ シールケース
１６ｂ パッキン
１６ｃ パッキン押さえ
１７ メカニカルシール
１７ａ 回転側摺動部材
１７ｂ 固定側摺動部材
１７ｃ スプリング
２０ 軸封機構
２１ 軸受

Claims (5)

1. ケーシングに収容された羽根車と、
   前記羽根車が固定された回転軸と、
   前記羽根車の回転により昇圧された液体がモータ側に流れることを防止する減圧羽根車と、
   前記減圧羽根車のモータ側に配置された軸封機構とを備え、
   前記軸封機構のシール機能は、該軸封機構が液体の圧力を受けたときに作動することを特徴とするポンプ。
2. 前記軸封機構は、前記回転軸に取り付けられた変形可能な回転側シール部材と、前記回転側シール部材との間に隙間が形成されるように配置された固定側シール部材とを備え、前記回転側シール部材は、液体の圧力を受けて前記固定側シール部材に当接することを特徴とする請求項１にポンプ。
3. 前記羽根車の裏面には、液体を減圧させるための複数の減圧羽根が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
4. 前記固定側シール部材は遊動可能であることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
5. 前記回転側シール部材は、前記回転軸と共に回転する固定リングに固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポンプ。

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