JP2006322455A - 遠心力ポンプ及びその固定シール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、遠心力ポンプ及びその動的密封の固定シールに関する。本発明は特に、例えば、固定シールが磨耗した場合に、その間隙をポンプを停止する必要なく調節することができるように、前記固定シール及びそのカウンタ・リングとして働くシール・カバーの取付を変更することに関する。
【解決手段】特に、ポンプ・ハウジング７２と、シャフト１２と、シャフト上に取り付けられた羽根車と、シャフト１２に連結して配置された動的密封３０、３２と、羽根車から見ると動的密封の後ろでシャフト１２に連結して配置され、シャフト１２上の可撓性シール手段５０及びその固定カウンタ・リングを有する固定シールとを備える、本発明による遠心力ポンプの特徴は、固定カウンタ・リング６０を含むシール・カバー６２がポンプの軸方向に調節可能であることである。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠心力ポンプ及びその動的密封の固定シールに関する。本発明は特に、例えば、固定シールが磨耗した場合に、その間隙をポンプを停止する必要なく調節することができるように、前記固定シール及びそのカウンタ・リングとして働くシール・カバーの取付を変更することに関する。

動的密封は、シャフトに沿い軸受及びドライブに向かって液体が漏れないように、動作中に遠心力ポンプを機械的接触なく密封することが可能な密封装置である。同じ目的の他の密封装置は例えば、ブレード・パッキン及びスライド・リング・シールであり、両方とも回転表面と固定表面の間の機械的接触を必要とする。すなわち、連続した機械的接触に基づく上記密封タイプは、寿命周期のある時点で磨耗の問題があることが明らかである。

動的密封は、ポンプの後部壁面に連結して配置された環状チャンバ内で（吸気導管から見て）ポンプ軸受の前でポンプ渦巻きの後ろに配置されている。前記チャンバは、ポンプ渦巻きに直接流連結しており、ここでポンプ羽根車が回転する。ポンプ・シャフト上に取り付けられた回転ディスクは、羽根車側キャビティ及びポンプ軸受側キャビティに前記チャンバを分割する。前記ディスクは軸受側キャビティに面する羽根を備えており、これはリペラと呼ぶこともでき、ディスクの反対側は平らである。前記環状チャンバが液体を入れている場合を考慮して、前記ディスク上の羽根は液体を最初径方向外側に、その後ディスクの外縁部の周りでチャンバの羽根車側キャビティまで汲み上げる傾向がある。しかし、ポンプが動作している以上は、羽根車によってポンプ渦巻き内で発生する圧力は反対方向に作用し、すなわち羽根車は液体を軸受に押し込む。それによって、上記リペラ羽根によって回転した液体リングが羽根車によって発生する圧力を補償し、ポンプが軸受側でチャンバのシャフト空間に液体が入らないように密封される場合に、平衡を得ることができる。しかし、ポンプが運転していない場合、汲み上げられる液体は、適切な方法で防がれない限り、チャンバ内のリペラ・ディスクの縁部の周りでシャフト空間及びそれを通して大気に自由に流れることができる。いくつかの知られているタイプがある、いわゆる固定シールによってこれは行われる。特に、国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ１−０３／０４０５９８号及びカナダ特許第ＣＡ−Ｃ−１，３１７，３２９号は、固定シールに関する。しかし、以下の説明は本発明の基礎と考えることができる、他の２つの基本的なタイプの固定シールのことを論じる。一方のタイプ、例えば図１に示すものでは、可撓性材料で製造され、ポンプ・シャフトに向かって径方向に延びるディスクは、ポンプ・ハウジング又はそのカバーに取り付けられ、可撓性ディスク用カウンタ部材として働くようにシャフト上に取り付けられたリングを有する。前記リングは、液体がポンプからシャフト空間まで流れる場合に、可撓性ディスクをシャフト上のリングに対して、又はより正確には前記リングの密封表面に対して押すように、シャフト上に取り付けられている。以下により詳細に説明する別の代替形態は自然に、可撓性材料のディスクをシャフト及びポンプ・ハウジング又はハウジングのカバーに対するその固定相手部材上に配置するようになっている。しかし、動作原理は両方の場合で同じままである。

ポンプ・ハウジング又はハウジングのカバーに取り付けられた可撓性ディスクを有する、上により詳細に説明した動的密封の固定シールの欠点は、ポンプが停止した場合、遠心力が液体をカウンタ・リングと固定シールの間に押し込むことである。これにより、汲み上げられる液体の漏洩、及びシールの磨耗が起こる可能性がある。上記問題に対する１つの解決法は、米国特許第４，９７３，０６３号の特許明細書に開示されており、ここでは２つのシール・リング、一方は可撓性リング、もう一方は不撓性リングが、ポンプが運転している間に、動的密封に連結した液体の流出を防ぐようにシャフト上に配置されている。シールは両方とも回転し、動的密封により近い不撓性シール・リングの目的は、液体が主シールとして働く外側シール・リングに、及びそれを通してさらに外に流れるのを防ぐことである。シールは両方ともポンプ・ハウジングの内側でシャフト上に組み付けられているので、間隙の可能な調節は難しく、ポンプを停止させることによってのみ行うことができる。

遠心力ポンプのシャフト・シールとして普通使用される動的密封の固定シールは、上記のように、固定して組み付けられた可撓性ディスク、及び係止ねじでシャフトに取り付けられた回転カウンタ・リングで形成されている。以下に、ポンプの動作に影響を与えるこのような構成のいくつかの欠点のリストを挙げる。
ポンプが運転を停止した場合、遠心力は液体、及び回転カウンタ・リングと固定シールの間のそれによって巻き込まれた粒子の逃げを促進させて、汲み上げられる液体の漏洩、及びシールの磨耗が生じる。
固定シールが磨耗すると、ポンプを停止させなければならない。というのは、固定シールのカウンタ・リングはシャフト上に取り付けられているからである。カウンタ・リングの取付に普通使用される係止ねじは緩めなければならず、その後カウンタ・リングは固定シールに対する新しい位置に移動させなければならない。この種類の調節は、非常に時間がかかり面倒な作業である。
従来技術の解決法では、漏洩跳ねの収集手段、及びシャフト・カバーがない。構造が跳ねに対するカバーを備えており、シャフトに接触している場合、常にカウンタ・リング間隙の調節前に取り除くべきである。装置は複雑で、高価であり、使用するのが難しい。

本発明によれば、上に開示した構成を回転することによって、従来技術の装置内で固定シール部材として働く可撓性プレートを回転させるような逆方向が目的に適用可能に設計されており、それをシャフト空間内に配置し、従来技術の装置内で回転するカウンタ・リングを固定シール部材として製造し、羽根車からさらに離れる軸方向に配置することによって、例えば以下の利点が得られる。
ポンプが停止されたが、まだ回転している場合、遠心力はその中に巻き込まれる可能性がある粒子と共に汲み上げられる液体を固定シールの密封点の近くから離れるように伝達させ、それによって液体の漏洩及びシールの磨耗が少なくなる。
固定シールが磨耗すると、ポンプが運転している間にその間隙を調節することが可能になる。というのは、ポンプ・ハウジングのカバー又はハウジングに取り付けられたシール・カバーに連結した調節を配置することが可能であり、シール・カバーは固定シールのカウンタ部材として動作するからである。それによって、従来の装置より迅速に調節を行うことができる。
本発明の好ましい一実施例によると、シャフトは汲み上げられる液体から保護されており、シールが漏洩した場合、シール・カバーに対する跳ねを収集し、そこから制御された方法で、漏洩収集システムに案内することが可能である。シール・カバーはまた、回転シャフトを覆うことができるように設計されており、それによって従来技術の解決法の場合のように、シャフトがシール間隙の調節の際に危険に曝されたり、調節が行われないようにされたりすることはない。

本発明の目的は、例えば遠心力ポンプに利用される固定シールを開示することによって、従来技術の遠心力ポンプの問題及び欠点の少なくとも一部をなくすことである。

前記固定シールを使用することによって、ポンプが停止されたがまだ回転している場合に、遠心力はその中に巻き込まれる可能性がある粒子と共に汲み上げられる液体を固定シールの密封点の近くから離れるように伝達させることが可能であり、それによって液体の漏洩及びシールの磨耗が少なくなる。固定シールが磨耗した場合に、ポンプがまだ運転している間にその間隙を調節することができることは、本発明による遠心力ポンプ、及びそれに連結して使用される固定シールの代表的な特徴である。

本発明による遠心力ポンプ及びその固定シールの他の特徴は、頭記の特許請求の範囲から明らかになろう。

本発明による遠心力ポンプ、及びその固定シールを、添付の図面を参照して例として、以下に詳細に説明する。

図１は、従来技術による遠心力ポンプの動的密封の固定シールに対する従来の構成を略図的に示す。遠心力ポンプの羽根車（図示せず）は、ポンプに入る液体を左から吸引導管に沿ってポンプ渦巻きの圧力開口まで汲み上げる。羽根車は、軸受で右側のポンプ・ハウジングに対して既に切り取られた部分に取り付けられたポンプ・シャフト１２に取り付けられている。羽根車の後ろのポンプ内の空間は、ポンプ後部壁面２０によって限られている。ポンプの後部壁面２０に連結して配置された環状密封チャンバ３２内に配置された、ポンプ・シャフト１２に取り付けられたディスク３０は、ポンプの動的密封として働き、リペラと呼ばれる。回転ディスク３０、すなわちシャフト１２に取り付けられたリペラは、ディスク３０の縁の外縁部の外側のキャビティの間に流連結があるように、チャンバ３２を羽根車側キャビティ３４及びポンプ軸受側キャビティ３６に分割する。前記ディスク３０は、ディスクのほぼ径方向寸法全体にわたって前記軸受側キャビティ３６に面する側に羽根３８を備えており、反対側は平らである。リペラ羽根３８の目的は、軸受側キャビティ３６内の液体を羽根車側キャビティ３４に向かって外側に汲み上げることであり、これはまた羽根車の後側羽根によって発生する逆圧によって減少する、ポンプの羽根車によって発生する圧力によって影響を受ける。すなわち、リペラの羽根３８はキャビティ３６から空間３４まで、及びポンプの羽根車に向かって作用する圧力を発生させ、それによって羽根車の後ろの空間内に広がる圧力が均衡する。

遠心力ポンプの上記動的密封の普通使用される固定シールは、羽根車から見ると動的密封の後ろに配置された可撓性固定プレート又はディスク４０であり、この固定プレート又はディスクはリング４６及びボルト又は頭なしねじ４８によりポンプ・ハウジング又はハウジングのカバーに取り付けられており、ポンプが停止すると、シャフト１２上で回転固定シール４０のカウンタ・リング４２に対して押され、液体がポンプから流出するのを防ぐ。すなわち、羽根車の方向から（図中の左側から）入る液体はしたがって、シール・ディスク４０をカウンタ・リング４２に対して押す。カウンタ・リング４２は、１つ又は複数のねじでシャフト１２上に取り付けられている。例えば、ポンプが停止されたがまだ運転している場合に、遠心力が動的密封の後に軸受側でシャフト空間４４に入る液体を固定シール・ディスク４０と回転カウンタ・リング４２の間に押し込むなど、明細書の導入部に挙げたものなどの問題のある状況が起こる。上記シールは、回転カウンタ・リング４２の表面の範囲に入った固体材料が遠心力により表面に沿って外側に流れる傾向にあり、それによって回転リングとシール・ディスクの間の間隙に入る構成をしている。その間にある間、固定材料は表面、主にシール・ディスクを腐食する、又は表面間の相互移動が停止した場合に、そこからシール空間内の液体が漏洩する可能性がある表面間の隙間が残る。

図２は、本発明の好ましい一実施例によるシール装置を示す。本発明によると、図１の既知の固定シール装置の構造は、固定シール部材として働く可撓性プレート４０が再設計され、回転され、回転固定カウンタ・リング４２が次に固定シール部材として製造されるように反対に変更されている。新規の可撓性シール手段５０が、動的密封の後ろでポンプ・シャフト上に配置され、特に本発明の好ましい一実施例によれば、シャフト１２が汲み上げられる液体と接触しないようにする。本発明による新規の静的、すなわち固定カウンタ・リング６０は自然に、ポンプの羽根車から見て可撓性シール手段５０の後ろに配置されている。新しい固定シールの可撓性シール手段５０が回転するので、遠心力により、液体及びそれに巻き込まれる可能性がある粒子を回転シール手段と固定シール手段の間で離して保持することが可能である。

固定シールの可撓性シール手段５０は、本発明の好ましい一実施例によれば、部分５２より直径が小さく、シールの可撓性を保証することを目的とした絞り部分５４の後、さらに直径がより大きく、固定カウンタ・リング６０に面するリップ５６の後に、ポンプ羽根車に面する部分５２に等しい直径を有する筒状シリンダの形をしている。前記シール・リップ５６の軸方向寸法は、部分５２より小さい。さらに、リップ５６の軸方向寸法はリップの径方向外側先端に向かって小さくなる。シャフト１２にほぼ垂直であることが好ましく、カウンタ・リング６０の端部表面に対して押される、可撓性シール手段５０の密封表面５８は、直線であっても、又は少なくとも部分的に傾斜していてもよく、リップ５６の先端がカウンタ・リングの表面により近い。密封表面５８が適切な寸法だけ傾斜している場合、リップの先端はポンプが始動すると、遠心力により外側に、及び同時にカウンタ・リング６０から僅かに離れて、すなわちカウンタ・リング６０と間隔があく傾向があり、それによって固定シールの磨耗を少なくすることができる。

ポンプ・ハウジングのカバー又はハウジング７２に取り付けられた環状シール・カバー６２の一部であるカウンタ・リング６０は、固定シールの可撓性シール手段５０の相手部材として働く。シール・カバー６２は、さもなければほぼ筒状シール・カバー６２から延びるフランジ６４により、ポンプ・ハウジング又はハウジングのカバーに取り付けられている。フランジ６４は、取付ボルト又は頭なしねじ６６に必要な開口を備えており、それによりシール・カバーはポンプ・ハウジング７２又はハウジングのカバーに取り付けられている。このような固定シールの第２の部分として働くシール・カバー６２に対して、１つ又は複数の、好ましくは３つの取付点がある可能性がある。これにより、頭なしねじ６６及びそれらに対して駆動されるナット６８により固定シールを調節することが可能である。調節は、ポンプ・ハウジングのカバー又はハウジングに取り付けられたシール・カバー６２に連結して配置されており、それによって固定シールが磨耗した場合、ポンプが運転している間にその間隙を調節することができる。これにより、従来の解決法より簡単且つ迅速に調節を行うことができる。

図２によると、固定シールの可撓性シール手段５０は汲み上げられる液体からシャフト１２を保護する。可撓性シール手段５０が湿気浸透性である、又は軸受に向かって漏洩する場合、本発明の好ましい一実施例によれば、可撓性シール手段５０の相手部材として働くシール・カバー６２に対する漏洩を収集し、さらにそこから制御した方法で収集システム７０に移動することが可能である。シール・カバー６２は、図中に仮に開示したように、ポンプ軸受に向かって延びることができ、それによって従来技術の解決法の場合のように、固定シールの間隙を調節する場合に回転シャフトに接触する危険がなく、間隙の調節を妨げることもない。

そのカウンタ・リング、フランジ、及び延長部を備えたシール・カバーが１つの一体的な部材として示されていることに、上記説明から留意しなければならない。もちろん、シール・カバーはいくつかの要素でできていることも可能である。例えば、カウンタ・リングはシールを組み付ける際に、フランジ及びシャフト・カバーに共に取り付けられた別の部品であることが可能である。同様にして、他の変更形態も可能である。例えば、シャフト・カバーはシール・カバーの一体部分ではないが、取付の際に、その取付ボルト及び頭なしねじを利用する別の部品であることが可能である。

上の説明から分かるように、従来の固定シール装置より用途が広い固定シールを開発することが可能であり、前記装置により例えば、ポンプが運転している間に、シール間隙の調節を行うことが可能になる。本発明は、現時点で好ましい実施例であると考えられるものに関連して例として本明細書に説明したが、本発明は開示した実施例に限るものではなく、頭記の特許請求の範囲に規定された発明の範囲内に特徴の様々な組合せ及び／又は変更形態、並びに他の応用例が含まれることを意図したものであることを理解されたい。

遠心力ポンプと連結した、従来技術による固定シールの略図である。 遠心力ポンプと連結した、本発明による固定シールの略図である。

符号の説明

１２ ポンプ・シャフト
２０ 後部壁面
３０ ディスク
３２ 密封チャンバ
３４ 羽根車側キャビティ、空間
３６ ポンプ軸受側キャビティ
３８ 羽根
４０ プレート又はディスク
４２ カウンタ・リング
４４ シャフト空間
４６ リング
４８ ボルト又は頭なしねじ
５０ シール手段
５２ 部分
５４ 絞り部分
５６ リップ
５８ 密封表面
６０ カウンタ・リング
６２ シール・カバー
６４ フランジ
６６ 取付ボルト又は頭なしねじ
６８ ナット
７０ 収集システム
７２ ハウジング

Claims (16)

1. ポンプ・ハウジング（７２）と、シャフト（１２）と、前記シャフト上に取り付けられた羽根車と、前記シャフト（１２）に連結して配置された動的密封（３０、３２）と、前記羽根車から見ると前記動的密封の後ろで前記シャフト（１２）に連結して配置され、前記シャフト（１２）上の可撓性シール手段（５０）及びその固定カウンタ・リングを有する固定シールとを備える遠心力ポンプであって、固定カウンタ・リング（６０）を含むシール・カバー（６２）は、ポンプの軸方向に調節可能であることを特徴とする遠心力ポンプ。
2. 前記ポンプが運転している間に、前記固定シールの間隙を調節することができることを特徴とする、請求項１に記載の遠心力ポンプ。
3. シール・カバー（６２）が、調節手段（６４、６６、６８）により、ポンプ・ハウジング（７２）及び／又は前記ハウジングのカバーに取り付けられていることを特徴とする、請求項１から２までの一項に記載の遠心力ポンプ。
4. 前記調節手段は、シール・カバーのフランジ（６４）、及びナット（６８）と共に取付ボルト又は頭なしねじ（６６）を備えていることを特徴とする、請求項１から３までの一項に記載の遠心力ポンプ。
5. ポンプ軸受に向かった前記シール・カバー（６２）の延長部はシャフト・カバーとして働くことを特徴とする、請求項１から４までの一項に記載の遠心力ポンプ。
6. 前記固定シールから前記シール・カバー（６２）まで漏れる液体を収集し、さらに漏洩収集システム（７０）に案内する手段を特徴とする、請求項１から５までの一項に記載の遠心力ポンプ。
7. 前記固定シールの前記可撓性シール手段（５０）は、前記ポンプ・シャフト上に配置され、円筒形部分（５２）、環状絞り部分（５４）、及びリップ（５６）からなることを特徴とする、請求項１から６までの一項に記載の遠心力ポンプ。
8. 前記シール手段（５０）は、汲み上げられる液体が前記ポンプ・シャフト（１２）と接触しないようにすることを特徴とする、請求項１から７までの一項に記載の遠心力ポンプ。
9. 可撓性シール手段（５０）及びその固定カウンタ・リングを備える、遠心力ポンプの動的密封に関連して使用される固定シールであって、前記カウンタ・リング（６０）はフランジ（６４）と共に前記シール・カバー（６２）の一部であり、このフランジによって固定シールの間隙が調節されることを特徴とする固定シール。
10. 前記シャフト上に組み付けられる固定シールの前記可撓性シール手段（５０）は、ほぼ円筒形部分（５２）の一方の端部が環状絞り部分（５４）でできており、もう一方の端部が前記シール手段（５０）の径方向外向きに延びるリップ（５６）でできており、その一方側が前記シール手段（５０）の端部表面（５８）を形成し、前記カウンタ・リング（６０）と共に動作することを特徴とする、請求項９に記載の固定シール。
11. 前記端部表面（５８）は、ほぼ放射線状であることを特徴とする、請求項１０に記載の固定シール。
12. 前記シール手段（５０）の前記端部表面（５８）は、完全に又は部分的に傾斜していることを特徴とする、請求項９から１１までの一項に記載の固定シール。
13. 前記リップ（５６）の径方向最外部は前記リップの先端を形成し、前記シールが動作している時に、前記カウンタ・リング（６０）と接触することを特徴とする、請求項８から１１までの一項に記載の固定シール。
14. 前記リップ（５６）の前記先端は、前記リップの残りの部分よりもさらに軸方向に延びることを特徴とする、請求項９から１３までの一項に記載の固定シール。
15. 前記シール・カバー（６２）は、ほぼ円筒形の形状をしており、シャフト・カバーを形成することを特徴とする、請求項９から１４までの一項に記載の固定シール。
16. 前記シール・カバーは、漏洩液体を漏洩収集システムまで案内する手段を備えていることを特徴とする、請求項９から１１までの一項に記載の固定シール。

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