JP2007138716A - ポンプおよびその軸封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からのメカニカルシール接触面への給水の必要が無く、常にメカニカルシール接触面の潤滑と冷却が行えるポンプ、およびその軸封装置を提供する。
【解決手段】ポンプ主軸１３と、該主軸を軸封するメカニカルシール２１と、通常運転時にメカニカルシール２１の液側からメカニカルシール２１の接触面２１ｅを漏洩する漏洩液を貯留する補給液タンク２５とを備え、メカニカルシール２１の液側が気中となった時に、補給液タンク２５に貯留した前記漏洩液がメカニカルシール２１の接触面２１ｅを気中となった液側に漏洩する。
【選択図】図１

Description

本発明は、メカニカルシールを用いてポンプ主軸を軸封するポンプに係り、特に、汚水、雑排水などを圧送するのに好適なポンプの軸封装置に関する。

汚水、雑排水などの液体を圧送するポンプは、一般に、吸込口と吐出口を備えたポンプケーシングと、ポンプケーシングの内部に配置され上記液体を加圧する羽根車と、羽根車を固定したポンプ主軸を支持する軸受と、ポンプ主軸を回転駆動する原動機を気側に備え、ポンプ主軸の気側と液側との間がメカニカルシールによりシールされている。従って、気側に配置された原動機がポンプ主軸を回転駆動することで、液側のポンプ羽根車が回転し、吸込口から吸込んだ液体を加圧し、加圧液を吐出口から送出する。

メカニカルシールは、図５に示すように、ケーシング１１に固定環１２が固定され、ポンプ主軸１３に回転環１４がパッキン１５を介して軸方向に移動可能に配置され、回転環１４はコイルばね１６により付勢されている。従って、ポンプ主軸１３とともに回転する回転環１４は、コイルばね１６により押圧されつつ固定環１２に摺接し、接触面１７において、液側と気側との間を液密にシールしている。

立軸ポンプ始動時のように通常運転時には液側の液体で満たされる部分が気中になるポンプや先行待機運転のように気中運転を行うポンプの軸封装置にメカニカルシールを採用する場合、シール接触面１７の潤滑と冷却のために外部から給水を行っている。このため、ケーシング１１に開口１８を設け、外部から僅かな量であるが固定環１２と回転環１４との接触面１７に連続的に液体を流し、接触面１７の潤滑と冷却を行い、接触面１７の焼き付きやシール本体のヒートクラックの防止を図っている。

しかしながら、外部から給水を行い、メカニカルシールの接触面の潤滑と冷却を行うポンプでは、例えば大地震などにより長時間の断水が生じた時などに、ポンプの運転ができなくなるという問題がある。また、自己潤滑性に優れた材料の開発により、無注水で気中運転に対応したメカニカルシールも製品化されているが、長時間の気中運転によりメカニカルシールが加熱した後、揚水運転によるメカニカルシールの急冷で起こるヒートクラックが懸念され、ポンプシステムの信頼性確保の目的からメカニカルシールへ冷却を行う水を常時供給している例が多い。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、外部からのメカニカルシール接触面への給水の必要が無く、常にメカニカルシール接触面の潤滑と冷却が行えるポンプ、およびその軸封装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のポンプの軸封装置は、ポンプ主軸と、該主軸を軸封するメカニカルシールと、通常運転時に前記メカニカルシールの液側から前記メカニカルシールの接触面を漏洩する漏洩液を貯留する補給液タンクとを備え、前記メカニカルシールの液側が気中となった時に、前記補給液タンクに貯留した前記漏洩液が前記メカニカルシールの接触面を潤滑・冷却することを特徴とする。

これにより、通常運転時には、メカニカルシールの液側から前記メカニカルシールの接触面を漏洩する漏洩液は上記接触面を潤滑し冷却する。そして、漏洩液は接触面の極小スキマで濾過され、不純物が少なく、清水に近い液であり、この液が補給液タンクに貯留される。メカニカルシールの液側が気中となった時に、前記補給液タンクに貯留した前記漏洩液が前記メカニカルシールの接触面の潤滑と冷却を行う。従って、通常運転時にも気中運転時にも、外部からの給水を要することなく、常にメカニカルシール接触面の潤滑と冷却が行える。

補給液タンクは、一定量以上の漏洩液が貯留されるとオーバフローするオーバフロー用排液管を備えることが好ましい。これにより、常に一定量の漏洩液を補給液タンクに貯留することができる。また、補給液タンクは、液位の低下を検知する液位検出器を備えることが好ましい。これにより、補給液タンクの液位の低下を検知して警報を発生することで、メカニカルシールの接触面の焼き付きなどを未然に防止できる。

本発明によれば、通常運転時にも気中運転時にも、外部からの給水を要することなく、常にメカニカルシール接触面の潤滑と冷却が行えるので、例えば大地震などにより長時間の断水が生じた場合にも、これと無関係に運転の継続ができるポンプを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態のポンプの軸封装置を示す。この実施形態のポンプは、主軸１３が水平に配置されている横軸ポンプであり、液側には図示しないポンプ羽根車がポンプ主軸に固定され、気側には図示しないポンプ主軸を支持する軸受と原動機が配置されている。従って、気側に配置された原動機がポンプ主軸を回転駆動することで、メカニカルシールにより軸封されたポンプ主軸の液側において、ポンプ羽根車が回転し、汚水、雑排水などの液体を加圧し、加圧液を吐出口から送出する。このため、図示の液側は、通常運転時は、液体に満たされている。

軸封装置２０は、第１のメカニカルシール２１と第２のメカニカルシール２２とにより回転する主軸１３を液密に軸封する。第１のメカニカルシール２１は、固定側の固定環２１ａと、回転側の主軸１３にパッキン２１ｄを介して装着され、コイルスプリング２１ｃにより上記固定環２１ａに押圧された回転環２１ｂとから構成されている。同様に、第２のメカニカルシール２２も、固定側の固定環２２ａと、回転側の主軸１３にパッキン２２ｄを介して装着され、コイルスプリング２２ｃにより上記固定環２２ａに押圧された回転環２２ｂとから構成されている。

第１のメカニカルシール２１では、固定環２１ａと回転環２１ｂとの接触面（シール面）２１ｅで、液側とシール室２３との間を液密にシールし、回転する主軸１３を軸封している。第２のメカニカルシール２２でも、固定環２２ａと回転環２２ｂとの接触面（シール面）２２ｅで、液側（漏洩液が満たされたシール室２３）と気側との間を液密にシールし、回転する主軸１３を軸封している。

シール室２３は、第１のメカニカルシール２１のパッキン２１ｄと接触面２１ｅと、第２のメカニカルシール２２のパッキン２２ｄと接触面２２ｅと、中間ケーシング１９とにより、液密に封止された空間である。中間ケーシング１９には開口１８を備え、開口１８に接続した配管２４を介して、シール室２３と連通する補給液タンク２５がシール室２３の上部に配置されている。

補給液タンク２５には、一定量以上の液体が貯留されるとオーバフローするオーバフロー用排液管２６を備え、常に一定量の漏洩液が貯留されている。また、補給液タンク２５には、貯留した漏洩液の量が一定量以下に低下すると、これを検出する液位検出器２７を備え、貯留した漏洩液の量が一定量以下に低下すると、警報を発生できるようになっている。

次に、上記軸封装置の動作について説明する。図中の液側では、上述したように通常運転時には、汚水、雑排水などの液体に満たされている。メカニカルシール２１の接触面２１ｅからシール室２３に漏洩する汚水などの漏洩液は、接触面２１ｅの潤滑と冷却を行う。漏洩液は接触面２１ｅの極小スキマで濾過され、不純物が少なく、清水に近く、メカニカルシールの接触面の潤滑と冷却のための補給液として十分利用することができる。

メカニカルシール２１の接触面２１ｅを漏洩した漏洩液は、第２のメカニカルシール２２でシールされたシール室２３を満たし、さらに配管２４から補給液タンク２５を満たす。補給液タンク２５には、オーバフロー用排液管２６を備えているので、一定量以上の漏洩液が貯留されようとすると、オーバフロー用排液管２６よりオーバフローして、常に一定量の漏洩液が貯留される。

メカニカルシール２２では、シール室２３から極少量の漏洩液が接触面２２ｅを通り気側に流れ、接触面２２ｅの潤滑と冷却を行い、接触面のドライ状態による焼き付きやシール本体のヒートクラックを防止している。接触面２２ｅを通過して気側に漏洩した漏洩液は、気側に配置された軸受部分などを浸潤しないように処理される。

通常運転時に液体で満たされている液側が気中となった場合には、補給液タンク２５とシール室２３に貯留された清水に近い漏洩液がメカニカルシール２１の接触面２１ｅの潤滑と冷却を行う。同様に、貯留された清水に近い漏洩液がメカニカルシール２２の接触面２２ｅの潤滑と冷却を行う。なお、通常運転時に液体で満たされている液側が気中となる場合は、ポンプ起動時などにしばしば現れる。

従って、この軸封装置２０によれば、補給液タンク２５に清水に近い漏洩液を自動的に貯留しているので、外部から給水の必要が無く、例えば大地震などにより断水が生じた場合にも、これと無関係に運転の継続ができる。

なお、補給液タンク２５には、清水の導入配管２８を備え、ポンプの設置時などにはシール室２３を清水で満たしておく必要がある。これにより、ポンプ設置後の起動時に、貯留された清水がメカニカルシール２１，２２の接触面２１ｅ，２２ｅの潤滑と冷却を行うことができる。なお、清水の代わりにオイルなどを用いてもよい。

また、補給液タンク２５には、貯留した漏洩液の量が一定量以下に低下すると、これを検出する液位検出器２７を備えているので、ポンプ停止中にメカニカルシールの異常などで補給液が全て漏液すると、警報を出力する。これにより、メカニカルシールの損傷を未然に防止できる。

図２は、本発明の第２実施形態のポンプの軸封装置を示す。このポンプは、ポンプ主軸１３が鉛直方向に配置されている立軸ポンプであり、ポンプ主軸下部の液側には図示しないポンプ羽根車が固定され、ポンプ主軸上部の気側には図示しないポンプ主軸を支持する軸受と原動機が配置されている。この実施形態においても、通常運転時は、液側が液体に満たされ、下側のシール接触面２１ｅから極少量漏洩しながらシール室２３とその上部の補給液タンク２５へ漏洩液を貯留する。通常運転時に液体で満たされる液側が気中になっても、補給液タンク２５とシール室２３が漏洩液で満たされているため、シール接触面２１ｅ，２２ｅがドライにならず、ポンプの運転が可能である。

すなわち、この実施形態においても、ダブルのメカニカルシール２１，２２によりシールされた空間であるシール室２３に連通する補給液タンク２５を備えている。このため、通常運転時は、メカニカルシール２１の接触面２１ｅから漏洩する汚水などの漏洩液は、接触面２１ｅの極小スキマで濾過され、不純物が少なく、清水に近い液体であり、シール室２３を満たし、さらにシール室２３の上部に配置された補給液タンク２５を満たす。漏洩液は接触面２１ｅの通過に際して接触面２１ｅの潤滑と冷却を行う。シール室２３を満たした液体は、上部のメカニカルシール２２の接触面２２ｅから気側に漏洩し、接触面２２ｅの潤滑と冷却を行う。

ポンプ起動時などには、立軸ポンプの場合、通常運転時に液体で満たされている液側が気中になる場合がある。すなわち、ポンプ羽根車背面に液体が存在せず、空気を含んだ液となる場合がある。また、先行待機ポンプのように気中運転を行う場合には、図示の下部メカニカルシール２１の液側が気中となる。この液側が気中になる場合に、補給液タンク２５とシール室２３に貯留された漏洩液がメカニカルシール２１，２２の接触面２１ｅ，２２ｅの潤滑と冷却を行う。これにより、立軸ポンプの気中運転に際して、給水を行わないとシール接触面の焼き付きやシール本体のヒートクラックを起こすという問題を回避し、外部からの給水なしで安定した運転が行える。

このように、先行待機ポンプなどの場合でも、外部から給水の必要が無く、例えば大地震などにより断水が生じた場合にも、これと無関係に運転の継続ができる。

なお、立軸ポンプの場合、補給液タンク２５は図示のように中間ケーシング１９の外部に別体として設けるのでなく、中間ケーシング１９の内部にシール室２３と一体に設けてもよい。

図３は、図２の立軸ポンプの軸封装置の変形例を示す。この場合、上部のメカニカルシールを無くし、単一のメカニカルシール２１によりポンプ主軸１３を軸封し、そのシール面２１ｅの上部に、補給液タンク２５をシール室２３と一体的に設けたものである。その他の構成は図２のポンプの軸封装置と同様である。

補給液タンク２５は、オーバフロー用排液管２６を備えているので、この排液管２６の開口位置以上に貯留液の液面は上昇しない。従って、この液面で気液分離され、主軸１３の上部に設けられた軸受や原動機を漏洩液により湿潤するという問題が防止される。

このシングルメカニカルシールのポンプ軸封装置においても、通常運転時は、液側が液体に満たされ、シール接触面から極少量漏洩しながら上部の補給液タンクへ漏洩液を貯留する。この液側が気中になっても、メカニカルシールの接触面２１ｅのシール室２３側は貯留液で満たされているため、シール接触面がドライにならず、ポンプの運転が可能である。

すなわち、ポンプ起動時などにメカニカルシール２１の液側が気中となる場合に、シール室２３の貯留液がメカニカルシール２１の接触面２１ｅから上記接触面の潤滑と冷却を行う。これにより、立軸ポンプの気中運転に際して、外部から給水を受けることなく、シール接触面の焼き付きやシール本体のヒートクラックを起こすという問題を回避して、安定した運転が行える。

図４は、上記図３に示す実施形態のポンプの軸封装置を備えた立軸ポンプの一例を示す。このポンプ３１は、ポンプケーシング３２から気側に延伸するポンプ主軸１３が上記ポンプの軸封装置２０により気液分離されている。すなわち、ポンプの軸封装置２０は、ポンプ主軸１３を気液分離するメカニカルシール２１と、その上部に配置された漏洩液を貯留する補給液タンク２５とを備えている。ポンプ主軸１３は、中間ケーシング３９の上部の気中に配置された気中軸受３３、ポンプケーシング３２の内部に配置された液中軸受３４、３５により回転自在に支持されている。

ポンプ主軸１３の上端部は、図示しない原動機に接続され、ポンプ主軸の下端部に固定された羽根車３６を回転駆動する。ポンプ３１は、汚水、雑排水などの液体Ｗを貯留する槽４０の内部に配置され、羽根車３６の回転により液体Ｗを吸込口３７から吸い込み、吐出口３８から圧送する。また、ポンプ３１は、固定具４１により槽４０に固定されている。このポンプの軸封装置２０においても、ポンプ起動時等に気中運転になる場合にも補給液タンク２５に貯留した漏洩液がメカニカルシール２１を潤滑、冷却し、液中運転時にはメカニカルシール２１を潤滑、冷却した漏洩液を補給液タンク２５に補給し、外部からの給水を要することなく、常にメカニカルシール接触面の潤滑と冷却が行えることは上述したとおりである。

なお、上記実施形態のポンプは、図３に示すポンプの軸封装置を採用する例について述べたが、本発明のポンプの軸封装置は、立軸、横軸を問わず、各種の陸上ポンプに適用できることは勿論である。

ここで、これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは勿論である。

本発明の第１実施形態のポンプの軸封装置を示す断面図である。 本発明の第２実施形態のポンプの軸封装置を示す断面図である。 図２の変形例のポンプの軸封装置を示す断面図である。 上記ポンプの軸封装置を備えた立軸ポンプの一例を示す図である。 従来のポンプの軸封装置を示す断面図である。

符号の説明

１１ ケーシング
１２ 固定環
１３ ポンプ主軸
１４ 回転環
１５ パッキン
１７ シール接触面
１８ 開口
１９ 中間ケーシング
２０ 軸封装置
２１，２２ メカニカルシール
２１ｅ，２２ｅ 接触面
２３ シール室
２４ 配管
２５ 補給液タンク
２６ オーバフロー用排液管
２７ 液位検出器
２８ 導入配管
３１ ポンプ
３２ ポンプケーシング
３３ 気中軸受
３４，３５ 液中軸受
３６ 羽根車
３７ 吸込口
３８ 吐出口
３９ 中間ケーシング
４０ 槽
４１ 固定具
Ｗ 液体

Claims (8)

1. ポンプ主軸と、
   該主軸を軸封するメカニカルシールと、
   通常運転時に前記メカニカルシールの液側から前記メカニカルシールの接触面を漏洩する漏洩液又は予め注入した液体を貯留する補給液タンクとを備え、
   前記メカニカルシールの液側が気中となった時に、前記補給液タンクに貯留した前記漏洩液が前記メカニカルシールの接触面を潤滑・冷却することを特徴とするポンプの軸封装置。
2. 前記補給液タンクは、一定量以上の漏洩液が貯留されるとオーバフローするオーバフロー用排液管を備えたことを特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
3. 前記補給液タンクは、液位の低下を検知する液位検出器を備えたことを特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
4. 前記ポンプは横軸ポンプであり、前記ポンプの液側と気側に第１と第２のメカニカルシールを備え、両シール面間のシール室の上部に、前記シール室と連通する前記補給液タンクを配置したことを特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
5. 前記ポンプは立軸ポンプであり、前記ポンプの液側と気側に第１と第２のメカニカルシールを備え、両シール面間のシール室の上部に、前記シール室と連通する前記補給液タンクを配置したことを特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
6. 前記シール室と前記補給液タンクとを一体化したことを特徴とする請求項５記載のポンプの軸封装置。
7. 前記ポンプは立軸ポンプであり、単一のメカニカルシールを備え、そのシール面の上部に、前記補給液タンクをシール室と一体的に配置したことを特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
8. ポンプ主軸と、
   該主軸の一端に配置された羽根車と、
   該主軸を軸封するメカニカルシールと、
   該メカニカルシールの気中側に配置された、通常運転時に前記メカニカルシールの液側から前記メカニカルシールの接触面を漏洩する漏洩液又は予め注入した液体を貯留する補給液タンクとを備え、
   前記メカニカルシールの液側が気中となった時に、前記補給液タンクに貯留した前記漏洩液が前記メカニカルシールの接触面を潤滑・冷却することを特徴とするポンプ。

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