JP2007211742A - ポンプの軸封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 摩耗が生じやすいポンプケーシング（接液）側のシールを挟んで液圧差をなくさせ、つまり圧力バランスを図ることにより、シールからの移送液の浸入を阻止し、シールの摩損を防止し、寿命を格段に延長させられる、ポンプの軸封装置を提供する。
【解決手段】 ポンプ１における駆動側ケーシング５とポンプケーシング６との接合箇所で駆動モータ２により回転する回転軸３の周囲に配装されるポンプの軸封装置１０−１で、回転軸３の周囲に、その軸方向に間隔をあけてシール１４・１４を配装するとともに、対向するシール１４・１４間をグリス充填室１５に形成し、ポンプケーシング６への供給管１８内とグリス充填室１５内とをダイヤフラム２０を介して液圧が等しくなるように連通させた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一軸偏心ねじポンプやロータリーポンプなどの駆動装置により回転されるポンプにおいて、駆動軸あるいは駆動軸に直接にまたは減速機構を介して連結された回転軸を備える駆動側ケーシングと、ポンプケーシングとの接合箇所で、駆動軸あるいは回転軸（以下、単に回転軸という）の周囲に配置され、回転軸とその周囲のケーシング（非回転部）との間隙部を密封し、移送液の浸入を阻止するための軸封装置に関するもので、とくに、摩耗性の高い移送液（たとえば、各種スラリー、脱水ケーキ、モルタル）を搬送するポンプに好適な軸封装置に関する。

この種の軸封装置に関する先行技術について、たとえば駆動装置により回転されるポンプにおける駆動側ケーシングとポンプケーシングとの接合箇所で前記駆動装置により回転する回転軸の周囲に配装されるポンプの軸封装置で、前記回転軸の外周面に相互に隣接して被装される少なくとも二つの、円環状シール支持部材のうち、一方のシール支持部材の中央開口周辺にリップパッキンを嵌め込み可能な環状凹部を形成し、該環状凹部内にリップパッキンを嵌着した構造の軸封装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この軸封装置によれば、一方に嵌着しているリップパッキンで回転軸の表面が摩耗あるいは摩損したときには、シール支持部材を入れ換えるとともに、リップパッキンを新しい物に交換することで、回転軸上のリップパッキンの位置すなわちシール位置が移動して摩耗や摩損のない位置にくることにより、回転軸の寿命が少なくとも倍に延びるとともに、軸封作用も初期組み立て時の状態に復元されるという利点がある。しかし、この軸封装置の場合でも、摩耗性の高い液の移送に使用すると、リップパッキンおよび回転軸が短期間で摩耗するから、頻繁にリップパッキンの位置を入れ替えたり、新しいものに取り替えたりする必要があり、また回転軸についても早期に交換する必要がある。

そこで、図４に示すように、断面略Ｌ形のリップパッキン１４を嵌着可能な二種類のシール支持部材４７・４８を設け、一方のシール支持部材４７はポンプケーシング４６側に設けられた環状凹所４９Ａ内に、また他方のシール支持部材４８は駆動側ケーシング４５側に設けられた環状凹所４９Ｂ内にそれぞれ装填し、両凹所４９Ａ・４９Ｂ間にグリス等の潤滑剤の封入室５０を形成し、その封入室５０に充填剤を充填した構造の軸封装置が提案されている（同じく、特許文献１参照）。
特開２００３−５６７１５号公報（段落0018〜0021、0026〜0028並びに図２および図４）

上記の特許文献１における図４に示される軸封構造が現状では最も優れていると考えられる。しかし、その軸封構造においても、摩耗性の高い液を移送するポンプに適用しようとすると、次のような課題がある。

液の移送に際してキャビテーションを防ぐ目的で、ポンプの一次側（吸い込み口側）に押し込み圧をかける必要がある。このため、ポンプケーシング４６側のシール支持部材４７側のリップパッキン１４を挟んで、ポンプケーシング４６内の移送液Ｆと封入室５０内の潤滑剤Ｇとの間に液圧差が生じ、シール支持部材４７側のリップパッキン１４と回転軸３との隙間から移送液Ｆが浸入し、シール支持部材４７のリップパッキン１４が擦られることになる。詳しくは、封入室５０内に充填剤を注入する際に、エアーの浸入は避けられないから、液圧差で浸入したエアーが圧縮され、移送液のシール（リップパッキン１４）への浸入を許すことになる。この結果、シール（リップパッキン１４）が極めて短期間で摩損し、液漏れが生じるおそれがある。

この発明は上述の点に鑑みなされたもので、摩耗が生じやすいポンプケーシング（接液）側のシール(パッキン）を挟んで液圧差をなくさせ、つまり圧力バランスを図ることにより、シールからの移送液の浸入を阻止し、シールの摩損を防止し、寿命を格段に延長させられる、ポンプの軸封装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明にかかるポンプの軸封装置は、駆動装置により回転されるポンプにおける駆動側ケーシングとポンプケーシングとの接合箇所で前記駆動装置により回転する回転軸の周囲に配装されるポンプの軸封装置において、前記回転軸の周囲に、その軸方向に間隔をあけてシールを配装するとともに、対向する前記シール間をグリス等の潤滑剤充填室に形成し、前記ポンプケーシングへの給排液路内と前記潤滑剤充填室内とをダイヤフラムを介して液圧が等しくなるように連通させたことを特徴とする。

上記の構成を有する本発明のポンプの軸封装置によれば、ポンプケーシングへ吸い込まれる移送液の供給液路内あるいはポンプケーシングから吐出される移送液の排出液路内の液圧（圧力）と潤滑剤充填室内の液圧（圧力）とがダイヤフラムを介して等しく保たれることにより、ポンプケーシング内の移送液に接する側のシールを挟んでポンプケーシング内圧と潤滑剤充填室内圧との液圧差が０となる。したがって、摩擦性の高い液（たとえば、各種スラリー、脱水ケーキ）をポンプで移送する際に一次側にキャビテーション防止用の押し込み圧をかけた場合にも、潤滑剤充填室にその押し込み圧に等しい圧力がダイヤフラムを介して作用するので、摩耗が激しい接液（ポンプケーシング）側のシールは常に液圧がバランスし、ポンプケーシングの移送液がシールから潤滑剤充填室内に浸入するのが阻止される。また、接液側シールと反対側（駆動側ケーシング）のシールには、潤滑剤充填室内の圧力が作用し、駆動側ケーシングの方向へ押し付け力がかかっているが、シールが潤滑剤（グリスなど）で潤滑された状態になっているから、摩耗し難く、従来の構造に比べても格段に寿命が延びる。

請求項２に記載のように、前記給排液路用配管の、前記ポンプケーシングの給排液口の近傍において、前記配管壁の一部を弾性体被膜層（ダイヤフラム）で形成するとともに同被膜層の周囲を潤滑剤貯留部に形成した液圧連通管を介設し、この液圧連通管の前記潤滑剤貯留部と前記潤滑剤充填室とを潤滑剤連通管で接続することができる。

このように構成すれば、給排液用配管の途中に液圧連通管を介設し、ポンプケーシング接合箇所の駆動側ケーシング内の回転軸周囲の対向するシール部材間に潤滑剤充填室を形成して前記液圧連通管の潤滑剤貯留部と潤滑剤充填室とを連通管で連通することにより、既設のポンプから改造することが可能になる。また、この構成によれば、ポンプケーシングに供給あるいは排出される移送液の圧力、いいかえればポンプケーシング内の圧力がダイヤフラムを介して前記潤滑剤充填室に作用するから、ポンプケーシング内の移送液に接触するシールを挟んでポンプケーシング内圧と潤滑剤充填室内圧とが等しくなり、液圧差が０となる。これにより、ポンプケーシングの移送液がこれに接触するシールから潤滑剤充填室に浸入することがない。したがって、移送液が摩耗性の高い液であっても、シールが擦れて短期間で摩耗したり、摩損したりしない。

請求項３に記載のように、前記給排液路用配管の途中を分岐し、分岐管の一端をダイヤフラムを介設したダイヤフラム室の一方に接続し、同ダイヤフラム室の他方に前記潤滑剤充填室に一端を接続した潤滑剤連通管の他端を接続することができる。

このように構成すれば、上記請求項２の発明と同様の作用を奏するほか、ダイヤフラム室の容量を十分に確保できるので、キャビテーション防止用の一次側供給圧の変動などを的確に捉えて接液側シールからの移送液の浸入を防止できる。

請求項４に記載のように、前記潤滑剤充填室を円環状に形成し、前記潤滑剤連通管との接続口と対向する位置（非対向位置でも可能）にも別な開口を設け、同開口に開閉可能な栓を取り付けることができる。

このように構成すれば、別な開口を開けた状態で連通管接続口から潤滑剤を潤滑剤充填室に注入することにより、充填剤だけを効率良くかつ十分に注入することができ、空気の混入も最小限に抑えられる。

本発明にかかるポンプの軸封装置には、次のような優れた効果がある。すなわち、ポンプケーシングへの給排液（スラリーなど）とシール間の充填剤（グリスなど）とをダイヤフラムで仕切り、両者間の圧力変動によってダイヤフラムが低圧側へ変位することで圧力をバランスさせる構成としたから、ポンプケーシング内の液に接触する側のシールを挟んで液圧差が生じなくなり、したがってポンプケーシング内の液がシールから充填剤側へ浸入することが阻止される。また、もう一方のシールについては、給排液の圧力と充填剤の圧力とが加算され、比較的高い圧力が作用するが、シールが潤滑剤で潤滑された状態になっているから、摩耗し難く、従来の構造に比べても格段に寿命が延びる。この結果、充填剤を挟んだ両側のシールの摩耗・摩損が阻止され、長期にわたり安定して使用できる。また、構造的に既存のポンプ設備に対しても容易に適用可能であるという効果がある。

以下、本発明にかかるポンプの軸封装置について実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例にかかる軸封装置を一軸偏心ねじポンプに適用した実施の形態を概略的に示す正面図、図２は図１の要部（軸封装置）を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、本例の軸封装置１０−１（図２）を備えた一軸偏心ねじポンプ１は電動モータ２の駆動軸に接続された回転軸３により運転されるもので、回転軸３を支持する駆動側ケーシング５とポンプケーシング６とが一体に接合されている。ポンプケーシング６は吸込口７を上部に備え、一軸偏心ねじポンプ本体１との接続口８を一端に備えている。

ねじポンプ本体３１は公知の構造で、円筒状ステータ３２の雌ねじ孔３２ａ内に、雄ねじロータ３３が偏心回転可能に嵌挿されている。ステータ一３２先端の吐出口３２ｂにスタッドエンド３４が突設されている。また、ロータ３３の基端と前記回転軸３の一端との間に、コネクチングロッド３５の両端がそれぞれ偏心回転を可能にするピンジョイント式自在継手３６を介して接続されている。

図２に示すように、駆動側ケーシング５の一端面とポンプケーシング６の一端面とが突き合わせるように接合され、ボルト・ナット（図示せず）等により締め付けて固定されているが、この接合箇所では両ケーシング５・６ともに外径を半径方向に拡大して円筒状に形成され、両ケーシング５・６の接合箇所に環状の凹所９が形成されている。この凹所９内において、軸方向の中間部が充填剤としてのグリスの充填室１５に形成されている。充填室１５は円環状でケーシング５の上端面に後述するグリス連通管２３との接続口１５ａが、この接続口１５ａと対向する下端面に別な開口１５ｂがそれぞれ設けられている。開口１５ｂはねじ孔に形成され、雄ねじ部を備えたプラグ（栓）１６が開閉可能に取り付けられ、閉塞されている。

二つの円環状シール支持部材１１・１２が、凹所９内でグリス充填室１５を挟むように回転軸３の軸方向に間隔をあけて回転軸３の周囲に嵌め込まれている。本例の軸封装置１０−１では、二つのシール支持部材１１・１２の厚み（回転軸３の軸方向に沿った長さ）が等しく、シール支持部材１１では両側面にそれぞれ環状溝１１ａ・１１ｂが、シール支持部材１２では一面に環状溝１２ａが形成されており、そこにはＯリング１３が装填されている。両シール支持部材１１・１２はそれぞれ金属材料、軟質ゴム、合成樹脂などのいずれかから形成されるが、本例の場合はステンレス製である。ポンプケーシング６側(接液側）のシール支持部材１１の内周面側端部（図の右側）寄りに断面略Ｌ形のシールとしてのリップパッキン１４を嵌着可能な断面略Ｌ形の環状凹部１１ｃが形成され、この環状凹部１１ｃにリップパッキン１４が嵌着されている。他方のシール支持部材１２の内周面１２ｂは、回転軸３の外径に比べて口径が大きく形成され、その内周面１２ｂ側内腔部の端部（図の右側）寄りに断面略Ｌ形のリップパッキン１４を嵌着可能な断面略Ｌ形の環状凹部１２ｃが形成され、この環状凹部１２ｃにリップパッキン１４が嵌着されている。なお、本例の場合、リップパッキン(シール）１４は硬質ゴムで形成されている。また、左右のリップパッキン１４、１４は、いずれも定位置に保持されるように、ストッパーリング部１７ａあるいはストッパーリングプレート１７ｂで移動が阻止されている。

グリス充填室１５の右壁(シール支持部材１２側）には、シール支持部材１２の内腔部に連通する環状路１５ｃが形成され、環状路１５ｃにグリスＧが流入している。

ポンプケーシング６の吸込口７には、移送液Ｆの供給管１８の一端部が接続されている。この供給管１８の一部に液圧連通管１９が介設されている。つまり、液圧連通管１９は管壁がダイヤフラム（弾性体隔壁）２０で構成され、ダイヤフラム２０の周囲が環状のグリス貯留部２１に形成されている。このグリス貯留部２１とグリス充填室１５とがＬ形連通管２３で接続されている。液圧連通管１９は供給管１８の接続部１８Ａに介設され、この接続部１８Ａでは、外向きのフランジ１８ａを備えた供給管１８同士がボルト・ナットでフランジ１８ａを突き合わせた状態で接続されている。液圧連通管１９は円筒体からなり、その内周面側に円弧面状の凹部(グリス貯留部)２１を形成し、この凹部２１に連通する接続口２２を外周面側に形成した構造で、円筒状のダイヤフラム２０を液圧連通管１９の内周面と上下両端面に被せた状態で、液圧連通管１９を上下のフランジ１８ａ・１８ａ間に挟み込み、各フランジ１８ａを貫通する複数本のボルト２４にて緊締することにより介設している。接続口２２にＬ形連通管２３の一端が接続され、他端がグリス充填室１５の接続口１５ａに接続されている。

上記のようにして構成した本発明の実施例にかかる一軸偏心ねじポンプ１の作動態様につき、以下に軸封装置１０−１を中心に説明する。

電動モータ２により回転軸３を回転させることにより、コネクチングロッド３５が回転し、ロータ３３がステータ３２の雌ねじ孔３２ａ内で偏心回転することで、ポンプ作用が生じる。供給管１８内の移送液Ｆがキャビテーション防止用の押し込み圧下で吸込口７よりポンプケーシング６内に吸い込まれ、ステータ３２を通りスタッドエンド３４から送り出される。このとき、液圧連通管１９のダイヤフラム２０に押し込み圧力が作用しており、たとえばダイヤフラム２０がグリス貯留部２１側へ膨張、変形すると、グリス貯留部２１内のグリスＧが押し出され、Ｌ形連通管２３からグリス充填室１５へ伝達され、グリス充填室１５内が加圧される。この加圧力はグリスＧを介してポンプケーシング６側のシール支持部材１１のリップパッキン１４をポンプケーシング６側へ押し付け、ポンプケーシング６内の移送液Ｆによる圧力を受け、両圧力はバランスされる。この結果、シール支持部材１１のリップパッキン１４を挟んで差圧が生じないから、移送液Ｆが摩耗性の高い液の場合でもリップパッキン１４が擦れにくいので、摩耗したり摩損したりしにくい。

一方、ポンプケーシング６と反対側に位置するシール支持部材１２のリップパッキン１４は、グリス充填室１５内が加圧されるので常に高い圧力を受けるが、グリスＧで潤滑された状態にあるため、摩耗したり摩損したりしにくい。このため、左右のシール支持部材１１・１２の各リップパッキン１４の寿命が延び、長期間使用できる。

次に、図３は本発明の他の実施例にかかる軸封装置を拡大して示す断面図である。

本例の軸封装置１０−２は、図３に示すように、ダイヤフラム室２５を供給管１８から分離して設け、供給管１８を分岐してダイヤフラム室２５の一方(移送液貯留部２５ａ)側へ接続したところが、上記実施例の軸封装置１０−１と相違する。詳しくは、供給管１８を途中から分岐し、その分岐管２６の一端をダイヤフラム室２５の上端側接続口２５ｃに接続する。ダイヤフラム室２５は相対向する略円錐形の移送液貯留部２５ａとグリス貯留部２５ｂとを突き合わせた形状からなり、両貯留部間２５ａ・２５ｂをダイヤフラム２０で仕切っている。ダイヤフラム室２５は略Ｌ形の分岐管２６に吊設され、ダイヤフラム室２５の下端側接続口２５ｄとグリス充填室１５の接続口１５ａとが直管状のグリス連通管２７で接続されている。その他の構成は共通しているので、共通した構成には同一の符号を付して説明を省略している。

本例の軸封装置１０−２のグリス貯留部２５ｂは軸封装置１０−１のグリス貯留部２１に比べて容積が大きく、しかもダイヤフラム２０を挟んで移送液貯留部２５ａと相対向しているので、ポンプケーシング６の内圧の変化、いいかえれば供給管１８内の圧力変化をより敏感にかつ正確に(精度が高く)グリス充填室１５の内圧に反映させられる。また、ダイヤフラム室２５が供給管１８から分離、独立しているので、設置するために広いスペースが必要になる。その他の作動態様については、上記実施例の軸封装置１０−１と共通するので、説明を省略する。

以上に、本発明のポンプの軸封装置について二つの実施例を挙げて説明したが、下記のように実施することも可能である。

・一軸偏心ねじポンプを例示して説明したが、ポンプの種類については限定されるものではなく、たとえばギヤポンプの軸封装置にも適用できる。

・スタッドエンド３４から移送液Ｆを吸い込み、供給管１８へ吐出させる場合にも、同様に適用できる。

本発明の実施例にかかる軸封装置を一軸偏心ねじポンプに適用した実施の形態を概略的に示す正面図である。 図１の要部（軸封装置）を拡大して示す断面図である。 本発明の他の実施例にかかる軸封装置を拡大して示す断面図である。 現状で最も優れた構造であると考えられる軸封装置(ポンプの一部）を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 一軸偏心ねじポンプ
２ 電動モータ
３ 回転軸
５ 駆動側ケーシング
６ ポンプケーシング
７ 吸込口
８ 接続口
９ 凹所
１０−１・１０−２ 軸封装置
１１・１２ 円環状シール部材
１３ Ｏリング
１４ リップパッキン
１５ グリス充填室(潤滑剤充填室）
１７ａストッパーリング部
１７ｂストッパーリングプレート
１８ 供給管
１９ 液圧連通管
２０ ダイヤフラム（弾性体隔壁）
２１ グリス貯留部(潤滑剤貯留部）
２２ 接続口
２３ Ｌ形連通管
２５ ダイヤフラム室
２５ａ移送液貯留部
２５ｂグリス貯留部
２６ 分岐管
３１ ポンプ本体
３２ 円筒状ステータ
３３ 雄ねじロータ

Claims (4)

1. 駆動装置により回転されるポンプにおける駆動側ケーシングとポンプケーシングとの接合箇所で前記駆動装置により回転する回転軸の周囲に配装されるポンプの軸封装置において、
   前記回転軸の周囲に、その軸方向に間隔をあけてシールを配装するとともに、対向する前記シール間をグリス等の潤滑剤充填室に形成し、
   前記ポンプケーシングへの給排液路内と前記潤滑剤充填室内とをダイヤフラムを介して液圧が等しくなるように連通させたこと
   を特徴とするポンプの軸封装置。
2. 前記給排液路用配管の、前記ポンプケーシングの給排液口の近傍において、前記配管壁の一部を弾性体被膜層で形成するとともに同被膜層の周囲を潤滑剤貯留部に形成した液圧連通管を介設し、この液圧連通管の前記潤滑剤貯留部と前記潤滑剤充填室とを潤滑剤連通管で接続したこと
   を特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
3. 前記給排液路用配管の途中を分岐し、分岐管の一端をダイヤフラムを介設したダイヤフラム室の一方に接続し、同ダイヤフラム室の他方に前記潤滑剤充填室に一端を接続した潤滑剤連通管の他端を接続したこと
   を特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
4. 前記潤滑剤充填室を円環状に形成し、前記潤滑剤連通管との接続口と対向する位置にも別な開口を設け、同開口に開閉可能な栓を取り付けたこと
   を特徴とする請求項２または３記載のポンプの軸封装置。

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