JP2007309440A

JP2007309440A - 回転軸貫通部の軸封装置及びそれを用いたポンプ

Info

Publication number: JP2007309440A
Application number: JP2006140043A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Inoue; 康弘井上; Hideki Akiba; 秀樹秋庭
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】本発明は、軸方向寸法を長くすることなく軸封流体の低圧側への漏れ量を少なくできる回転軸貫通部の軸封装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、両側に圧力差を有する隔壁（３）を回転軸（２）が貫通し、この回転軸の軸貫通部４に軸封部９を設けた回転軸貫通部の軸封装置において、前記隔壁（２）の低圧側と前記軸封部９との間に軸封流体を供給して高圧側の圧力以上の圧力を保持する軸封室７を設けると共に、この軸封室７と前記低圧側との間の前記回転軸（２）と前記隔壁（３）との間に段付き摺動部１２（１２Ａ〜１２Ｃ）を形成したのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、両側に圧力差を有する隔壁を貫通した回転軸の軸貫通部に軸封部を備え、軸貫通部からの流体の貫流を抑制する回転軸貫通部の軸封装置及びそれを用いたポンプに関する。

軸貫通部からの流体の貫流を嫌う横軸型ポンプは、例えば、特許文献１に開示のようにな軸封装置を備えている。即ち、羽根車１を固定したポンプ軸（回転軸）２が吸込ケーシング（隔壁）３を貫通する位置に設けられた軸貫通部４に環状パッキング５を軸方向に複数配列し、この環状パッキング５をポンプ軸２の周面に嵌合されたスリーブ６の外周面に接触させている。そして、これら軸方向に配列した複数の環状パッキング５の中間で羽根車１側寄りに軸封リングを収納した軸封室７を形成し、この軸封室７に注水口８から大気圧以上の圧力で上水又は揚水等の軸封流体を注入して環状パッキング５の潤滑と周囲の隙間を塞いで外部空気が吸込ケーシング３内に貫流するのを防いでいた。尚、図中、９は軸封部、１０は吐出ケーシング、１１はポンプ軸２を回転自在に軸支する軸受を示すものであり、この横軸型ポンプは、羽根車１を中心として左右がほぼ対称に形成された両吸込渦巻ポンプを示している。

特開昭５８−１２２３９８号公報

上記従来における横軸型ポンプの軸封構造によれば、吸込ケーシング３の内外の圧力差が大きくなると、軸封室７内に供給した軸封流体の負圧側である吸込ケーシング３側への漏れ量が多くなるので、軸封室７よりも吸込ケーシング３側に設置する環状パッキング５の数を増やす必要があり、これが横軸型ポンプの軸方向寸法を長くする問題があった。

本発明の目的は、軸方向寸法を長くすることなく軸封流体の低圧側への漏れ量を少なくできる回転軸貫通部の軸封装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、両側に圧力差を有する隔壁を回転軸が貫通し、この回転軸の軸貫通部に軸封部を設けた回転軸貫通部の軸封装置において、前記隔壁の低圧側と前記軸封部との間に軸封流体を供給して高圧側の圧力以上の圧力を保持する軸封室を設けると共に、この軸封室と前記低圧側との間の前記回転軸と前記隔壁との間に段付き摺動部を形成したのである。

このように、段付き摺動部を形成することで、軸封室からの軸封流体が摺動部の微小隙間に進入することで、摺動部において微小隙間を塞ぐ軸封流体膜を形成して摺動部に留まり、さらにそこから低圧側へ流出する軸封流体は一旦半径方向に向きを変えた後再び摺動部で微小隙間を塞ぐ軸封流体膜を形成して留まるので、低圧側への軸封液の漏れ量を低減することができるのである。

さらに、段付き摺動部の段部に圧力回復室を設けることで、摺動部から圧力回復室に流れ込む際に軸封流体の流速は減少し、圧力エネルギーに変換されるので、そのエネルギー変換時の損失が圧力差となり、それが軸封流体の低圧側への流出抵抗となるので、低圧側への軸封液の漏れ量をより効果的に低減することができるのである。

以上説明したように本発明によれば、環状パッキングの代わりに段付き摺動部を形成することで、軸方向寸法を長くすることなく軸封流体の低圧側への漏れ量を少なくできる回転軸貫通部の軸封装置を得ることができる。

以下本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第１の実施の形態を図１に示す横軸型ポンプを構成する両吸込渦巻ポンプに基づいて説明する。尚、この両吸込渦巻ポンプは、羽根車１を中心として左右がほぼ対称に形成されている。

羽根車１を固定したポンプ軸（回転軸）２は、吸込ケーシング（隔壁）３を貫通する位置に設けられた軸貫通部４に環状パッキング５を軸方向に複数配列し、この環状パッキング５をポンプ軸２の周面に嵌合されたスリーブ６の外周面に接触させている。そして、これら軸方向に配列した複数の環状パッキング５の羽根車１側端に軸封リングを収納した軸封室７を形成し、この軸封室７に注水口８から大気圧以上の圧力で上水又は揚水等の軸封流体を注入している。注入された軸封流体は環状パッキング５の潤滑と周囲の隙間を塞いで外部空気が吸込ケーシング３内に貫流するのを防いでいる。このようにして吸込ケーシング３の軸貫通部４に軸封部９を形成している。一方、前記ポンプ軸２は、その両端部を前記吸込ケーシング３に固定された軸受ブラケット１１Bに対して軸受８を介して回転自在に支持されており、ポンプ軸２の一方端は図示しない電動機等の駆動機に連結されている。また、羽根車１の吐出側には、吸込ケーシング３と一体に形成された吐出ケーシング１０が位置している。

さらに、本実施の形態においては、前記軸封部９における軸封室７の羽根車１側に、軸貫通部４とスリーブ６との間に、段付き摺動部１２を形成している。この段付き摺動部１２は、小径摺動部１２Aとこれより大径の大径摺動部１２Bとより形成されており、さらに、小径摺動部１２Ａと大径摺動部１２Bとの段差部に、大径摺動部１２Bが軸貫通部４の段差に衝突を避けるための微小空間１３が形成されている。

上記構成の両吸込渦巻ポンプを駆動機を駆動して回転させると、回転する羽根車１によって吸い込まれた搬送流体にエネルギーが与えられる。そして、エネルギーを与えられた搬送流体は、吐出ケーシング１０内で圧力回復され圧力搬送流体となってポンプ外に吐出される。

通常、横軸型の両吸込渦巻ポンプは、羽根車１の吸引作用によって吸込ケーシング３内は大気圧以下の低圧側となる。このために、軸封部９の外側（高圧側）からの空気の親友を防止するために、軸封部９に大気圧以上の圧力を保持する軸封室７と吸込ケーシング３との間に圧力差を生じさせて維持する必要がある。そこで、前記軸封室７内に大気圧以上となる軸封流体を供給すると、この軸封流体の圧力エネルギーが運動エネルギーとなって段付き摺動部１２の微小隙間に浸透してゆき、小径摺動部１２Aから微小空間１３に流れ込んだ軸封流体は流速を落として圧力エネルギーになり、さらに微小空間１３から大径摺動部１２Ｂで軸封流体は運動エネルギーに変換される。このようにエネルギーの変換が繰り返されることで、吸込ケーシング３側への軸封流体の漏れ量を減少させる圧力差を軸封部９に発生させ維持させることができる。

したがって、本実施の形態によれば、環状パッキング５の数を増やすことなく軸封部９から吸込ケーシング３側への大気の貫流を防止できると共に、軸封流体の吸込ケーシング３側へ漏れ量を減少させることができる。

図２は、本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第２の実施の形態を示すもので、図１の構成に対し、段付き摺動部１２の小径摺動部１２Ａと大径摺動部１２Ｂとの間に、吸込ケーシング（隔壁）３の軸貫通部４側に広がる圧力回復室１４を積極的に形成したのである。

このように、圧力回復室１４を形成することで、小径摺動部１２Aを通過した軸封流体を高い圧力に維持することが可能となる。その結果、大気圧以上の圧力を保持する軸封室７と吸込ケーシング３との間により高い圧力差を生じさせることができ、軸封部９から吸込ケーシング３側への大気の貫流を防止できると共に、軸封流体の吸込ケーシング３側へ漏れ量を減少させることができる。さらに、圧力回復室１４に流入した軸封流体の流れは渦巻状の複雑な流れになるので、そこに大きな流通抵抗を得ることができ、これによっても軸封流体の吸込ケーシング３側への漏れ量を減少させることができるのである。

図３は、本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第３の実施の形態を示すもので、図１の構成に対し、段付き摺動部１２を、小径摺動部１２Ａと中間摺動部１２Ｃと大径摺動部１２Ｂのように複数段に形成すると共に、各段の境界部に微小空間１３Ａ，１３Ｂを形成したのである。

この実施の形態によれば、摺動部の段差が増えた分、図１の実施の形態に較べて軸封部９から吸込ケーシング３側への大気の貫流を防止できると共に、軸封流体の吸込ケーシング３側へ漏れ量を減少させることができる。

図４は本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第４の実施の形態を示すもので、図２の構成に対し、段付き摺動部１２を、小径摺動部１２Ａと中間摺動部１２Ｃと大径摺動部１２Ｂのように複数段に形成すると共に、各段の境界部に圧力回復室１４Ａ，１４Ｂを夫々形成したのである。

この実施の形態によれば、図２に示す実施の形態の効果をさらに向上させることができる。

因みに、図１〜図４に示す第１〜４の実施の形態によれば、図５に示す従来に較べて軸封部９の軸方向長さを、夫々８９％，８５％，８２％，７８％に短縮することができた。

ところで、上記各実施の形態は、液体を圧送する両吸込渦巻ポンプについて説明したが、気体を圧送するポンプに適用することも可能であり、その際は、軸封室７には大気圧以上の気体を供給することが望ましい。さらに、本発明は、ポンプに限らず、両側に圧力差を有する隔壁を回転軸が貫通する構造物の回転軸貫通部の軸封装置としても適用することができる。

本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第１の実施の形態を示す横軸型ポンプである両吸込渦巻ポンプの一部縦断側面図。本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第２の実施の形態を示す横軸型ポンプである両吸込渦巻ポンプの要部縦断側面図。本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第３の実施の形態を示す図２相当図。本発明による回転軸貫通部の軸封装置の第４実施の形態を示す図２相当図。従来の回転軸貫通部の軸封装置を示す図１相当図。

符号の説明

１…羽根車、２…ポンプ軸（回転軸）、３…吸込ケーシング（隔壁）、４…軸貫通部、５…環状パッキング、６…スリーブ、７…軸封室、８…注水口、９…軸封部、１０…吐出ケーシング、１１…軸受、１１B…軸受ブラケット、１２…段付き摺動部、１２Ａ…小径摺動部、１２Ｂ…大径摺動部、１２Ｃ…中間摺動部、１３，１３Ａ，１３Ｂ…微小空間、１４，１４Ａ，１４Ｂ…圧力回復室。

Claims

両側に圧力差を有する隔壁を回転軸が貫通し、この回転軸の軸貫通部に軸封部を設けた回転軸貫通部の軸封装置において、前記隔壁の低圧側と前記軸封部との間に軸封流体を供給して高圧側の圧力以上の圧力を保持する軸封室を設けると共に、この軸封室と前記低圧側との間の前記回転軸と前記隔壁との間に段付き摺動部を形成したことを特徴とする回転軸貫通部の軸封装置。
前記隔壁を境とした低圧側には液体が存在し、前記隔壁を境とした高圧側には大気が存在するとき、前記軸封室内に供給される軸封流体は液体であることを特徴とする請求項１記載の回転軸貫通部の軸封装置。
前記段付き摺動部は多段に形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転軸貫通部の軸封装置。
前記段付き摺動部の段部に圧力回復室を形成したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の回転軸貫通部の軸封装置。
原動機によって回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定された羽根車と、前記回転軸を貫通させて前記羽根車の吸込み側に形成され稼動時に大気圧以下となる吸込み側ケーシングと、前記羽根車の吐出側に形成された吐出側ケーシングと、前記吸込み側ケーシングの前記回転軸の軸貫通部に形成された軸封部とを備えたポンプにおいて、前記吸込み側ケーシングの内側と前記軸封部との間に軸封流体を供給して前記大気圧より高圧力を保持する軸封室を設けると共に、この軸封室と前記吸込み側ケーシングの内側との間に位置する前記回転軸と前記軸貫通部との間に段付き摺動部を形成したことを特徴とするポンプ。
前記段付き摺動部の段部に圧力回復室を形成したことを特徴とする請求項５記載のポンプ。
原動機によって回転駆動される横型回転軸と、この横型回転軸に固定された羽根車と、前記横型回転軸を貫通させて前記羽根車の吸込み側に形成され稼動時に大気圧以下となる吸込み側ケーシングと、前記羽根車の吐出側に形成された吐出側ケーシングと、前記吸込み側ケーシングの前記横型回転軸の軸貫通部に形成された軸封部とを備えた横軸型ポンプにおいて、前記吸込み側ケーシングの内側と前記軸封部との間に軸封流体を供給して前記大気圧より高圧力を保持する軸封室を設けると共に、この軸封室と前記吸込み側ケーシングの内側との間に位置する前記横型回転軸と前記軸貫通部との間に段付き摺動部を形成したことを特徴とする横軸型ポンプ。
前記段付き摺動部の段部に圧力回復室を形成したことを特徴とする請求項７記載の横軸型ポンプ。