JP2012026348A - Pump sealing mechanism, and pump with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ライナーリングを備えたポンプのシール機構に関し、特にライナーリングとポンプ羽根車との摺動を無くし、かつ騒音を低くしたポンプのシール機構に関するものである。また、本発明は、そのようなシール機構を備えたポンプに関するものである。 The present invention relates to a seal mechanism of a pump provided with a liner ring, and more particularly to a pump seal mechanism that eliminates sliding between a liner ring and a pump impeller and reduces noise. The present invention also relates to a pump provided with such a sealing mechanism.
ポンプには、一般に、回転する羽根車によって昇圧された液体が低圧の吸込側に漏洩しないようにライナーリングを有するシール機構が備えられている。このシール機構には、羽根車の表側(吸込側)および裏側(吐出側)の両方にライナーリングを有する両ライナータイプと、羽根車の表側のみにライナーリングを有する片ライナータイプがある。プレス加工された金属部材(例えばステンレス鋼板)から構成された、いわゆるプレスポンプは、通常、片ライナータイプのシール機構を備えている。 The pump is generally provided with a seal mechanism having a liner ring so that the liquid pressurized by the rotating impeller does not leak to the low-pressure suction side. This seal mechanism includes a both-liner type having a liner ring on both the front side (suction side) and the back side (discharge side) of the impeller, and a single liner type having a liner ring only on the front side of the impeller. A so-called press pump composed of a pressed metal member (for example, a stainless steel plate) is usually provided with a one-liner type seal mechanism.
ライナーリングは、微小な隙間を介して羽根車上のウエアリングに対向して配置され、液体が高圧側から低圧側に流れることを防止する。図1を参照して、従来のシール機構について説明する。図1は、両ライナータイプのシール機構を示す模式図である。図1に示す遠心ポンプにおいては、羽根車100の表側および裏側に2つのライナーリング103が配置されており、これら2つのライナーリング103は、ポンプケーシング106に固定されている。また、羽根車100には2つのウエアリング104が設けられている。ライナーリング103とウエアリング104とは互いに対向して配置され、各ライナーリング103の内周面と各ウエアリング104の外周面との間には隙間が形成されている。なお、ウエアリング104を設けずにライナーリング103を直接羽根車に対向して配置することもある。
The liner ring is arranged to face the wear ring on the impeller through a minute gap, and prevents the liquid from flowing from the high pressure side to the low pressure side. A conventional sealing mechanism will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view showing a seal mechanism of both liner types. In the centrifugal pump shown in FIG. 1, two
ライナーリング103とウエアリング104との間の隙間は、液体の漏洩を防止する観点から、できるだけ小さいことが好ましい。通常の場合、ポンプの口径にもよるが、ライナーリング103とウエアリング104との間の隙間は、0.3mmほどである。しかしながら、ライナーリング103とウエアリング104との隙間を小さくし過ぎると、軸101と共に回転する羽根車100のウエアリング104が、軸101のたわみや、羽根車100とポンプケーシング106間の芯ずれなどにより、ライナーリング103に接触し、ライナーリング103が摩耗してしまう。その一方で、ライナーリング103とウエアリング104との隙間を大きくすると、羽根車100から吐き出された高圧の液体が吸い込み側に容易に流れ込み、ポンプの性能を低下させる。
The gap between the
図2に示すシール機構は、上述したような問題を解消するために、半径方向および軸方向に移動可能なライナーリング103を備えた構成を有する。すなわち、ライナーリング103は、ライナーリングハウジング110およびライナーリングカバー111によって形成された空間内に収容されており、この空間内でライナーリング103が半径方向および軸方向に移動自在となっている。この例では、ウエアリングを設けずに、ライナーリング103が羽根車100に直接対向して配置されている。
The seal mechanism shown in FIG. 2 has a configuration including a
図2に示す遊動ライナーリング構造では、ポンプ運転中に羽根車100がライナーリング103に接触しても、ライナーリング103が半径方向および軸方向に移動するので、ライナーリング103や羽根車100が摩耗することがない。したがって、ライナーリング103と羽根車100との隙間を小さく設定することができる。
In the floating liner ring structure shown in FIG. 2, the
しかしながら、半径方向および軸方向に自在に移動可能な遊動ライナーリング103は、ポンプ運転中に、ライナーリングハウジング110およびライナーリングカバー111に接触し、騒音を発生させるという問題がある。
However, the
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、ライナーリングと回転体との隙間を小さく保ちつつ、ライナーリングと回転体とが接触しても摩耗および損傷を少なくすることができ、かつ騒音を著しく低減させることができるシール機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and can reduce wear and damage even when the liner ring and the rotating body come into contact with each other while keeping the gap between the liner ring and the rotating body small. An object of the present invention is to provide a seal mechanism that can reduce noise significantly.
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ポンプのシール機構であって、前記ポンプの回転体に近接して配置されるライナーリングと、前記ライナーリングを半径方向に移動可能に収容する空間を形成するライナーリングハウジングおよびライナーリングカバーと、前記ライナーリングハウジングおよび前記ライナーリングカバーの少なくとも一方に設けられた、前記ライナーリングの側面に対向する突起とを備え、前記ライナーリングの軸方向の動きは、前記突起により実質的に拘束されていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, one aspect of the present invention is a pump sealing mechanism, a liner ring disposed in proximity to a rotating body of the pump, and the liner ring being movable in a radial direction. A liner ring housing and a liner ring cover forming a space for accommodating, and a protrusion provided on at least one of the liner ring housing and the liner ring cover and facing a side surface of the liner ring, the shaft of the liner ring Directional movement is characterized by being substantially constrained by the protrusion.
本発明の好ましい態様は、前記ライナーリングカバーは、前記ライナーリングの高圧側に配置されており、前記突起は、前記ライナーリングカバーに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、前記突起は、3つ以上の突起であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ライナーリングは樹脂から形成されていることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the liner ring cover is disposed on a high pressure side of the liner ring, and the protrusion is provided on the liner ring cover.
In a preferred aspect of the present invention, the protrusion is three or more protrusions.
In a preferred aspect of the present invention, the liner ring is made of a resin.
本発明の他の態様は、上記シール機構と、羽根車と、前記羽根車が固定される軸と、前記羽根車が収容されるポンプケーシングとを備えたことを特徴とするポンプである。 Another aspect of the present invention is a pump comprising the sealing mechanism, an impeller, a shaft to which the impeller is fixed, and a pump casing in which the impeller is accommodated.
本発明によれば、遊動ライナーリングの半径方向の移動を許容しつつ、軸方向の移動が突起により実質的に拘束されるので、ライナーリングのばたつきが抑えられ、騒音を低減させることができる。さらに、突起とライナーリングとの接触面積が小さいので、ライナーリングの半径方向の自由な動きは確保される。したがって、ライナーリングと回転体との間の隙間を小さくしても、それらの摩耗を少なくすることができる。 According to the present invention, the movement in the axial direction is substantially restrained by the protrusion while allowing the movement of the floating liner ring in the radial direction, so that fluttering of the liner ring can be suppressed and noise can be reduced. Furthermore, since the contact area between the protrusion and the liner ring is small, free movement of the liner ring in the radial direction is ensured. Therefore, even if the clearance between the liner ring and the rotating body is reduced, the wear on them can be reduced.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図3は、本発明の一実施形態に係るシール機構を示す模式図である。本実施形態のシール機構は、遠心ポンプなどの液体を移送するポンプに使用される。図3に示すように、シール機構は、ライナーリング6と、ライナーリングハウジング7と、ライナーリングカバー8とを備えている。ライナーリング6は、回転体である羽根車1の流体入口を囲むように配置されている。羽根車1は、軸2を介してモータなどの駆動源(図示せず)により回転駆動され、液体は、羽根車1の回転に伴って矢印に示すように羽根車1内を流れる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 3 is a schematic view showing a sealing mechanism according to an embodiment of the present invention. The seal mechanism of this embodiment is used for a pump that transfers liquid, such as a centrifugal pump. As shown in FIG. 3, the sealing mechanism includes a
ライナーリングハウジング7およびライナーリングカバー8は、ライナーリング6を収容する環状の空間10を形成する。ライナーリングハウジング7は、ライナーリング6よりもやや大きい環状の窪みを有し、ライナーリングカバー8は、窪みを覆うようにライナーリングハウジング7に固定されている。ライナーリングカバー8は、ポンプケーシング3内の高圧領域内に配置され、ライナーリング6の高圧側に位置している。一方、ライナーリングハウジング7は、ポンプケーシング3内の低圧領域内に配置され、ライナーリング6の低圧側に位置している。なお、本実施形態では、ライナーリングハウジング7は、ポンプケーシング3と一体に構成されているが、ライナーリングハウジング7をポンプケーシング3とは別体として構成してもよい。
The
ライナーリングハウジング7およびライナーリングカバー8によって形成された空間10の中に、ライナーリング6が半径方向に移動可能に配置されている。この空間10の外径d1は、ライナーリング6の外径d2よりも大きく、したがって、ライナーリング6は、空間10の外径d1とライナーリング6の外径d2との差分(d1−d2)だけ半径方向に移動可能である。なお、本明細書において軸方向とは、羽根車(回転体)1の回転軸、すなわち軸2に沿った方向であり、半径方向とは、軸方向に垂直な方向である。
The
ライナーリングカバー8の側面には、ライナーリング6の側面に対向する3つの突起12が設けられている。ライナーリングカバー8の側面とライナーリング6の側面は、軸方向に垂直な面であり、これらは互いに対向している。突起12は、ライナーリングカバー8の側面からライナーリング6の側面に向かって突出しており、したがって、突起12は、ライナーリング6とライナーリングカバー8との間に配置されている。
Three
図4(a)はライナーリングカバー8および突起12を軸方向から見た図であり、図4(b)はライナーリングカバー8および突起12を半径方向から見た図である。図4(a)および図4(b)に示すように、3つの突起12は、環状のライナーリングカバー8の側面上に周方向において等間隔に配列されている。なお、3つの突起に代えて、1つの突起または2つの突起を設けてもよいが、ライナーリング6が軸方向にばたつくことを防止するために、3つ以上の突起を設けることが好ましい。さらに、3つ以上の突起を等間隔に配置することが好ましい。
4A is a view of the
突起12の高さ、すなわち突起12の軸方向の寸法は、空間10内のライナーリング6の軸方向の動きが実質的に拘束されるような高さである。したがって、ライナーリング6の軸方向の遊びはほとんどなく、ライナーリング6の軸方向の移動は突起12によって実質的に拘束される。ここで、実質的に拘束されるとは、ライナーリング6とそれに隣接する部材との間に、嵌め合い公差(例えば、隙間ばめ〜中間ばめ)の程度にあるような隙間が存在することをいう。例えば、ライナーリング6、ライナーリングハウジング7、ライナーリングカバー8の設計寸法の公差から求められるライナーリング6の側面とライナーリングハウジング7の側面との隙間δが、プラス0.3mm〜マイナス0.3mmの範囲にあり、好ましくはこの隙間δがプラス0.2mm〜マイナス0.2mmの範囲にあり、究極的には隙間δが0(ゼロ)である。この隙間δが大きすぎるとライナーリング6がばたついて騒音が発生し、また隙間δが小さすぎるとライナーリング6が固定されてしまうため、ライナーリング6が半径方向へ移動できなくなり、羽根車1に接触し摩耗してしまう。
The height of the
突起12の形状は、ライナーリング6との接触面積が小さくなるような形状であることが好ましい。より具体的には、突起12とライナーリング6の側面とは実質的に点接触することが好ましい。例えば、図3に示すように、突起12は半球状の形状を有することが好ましい。他の形状としては、図5(a)に示すような半球状の先端を有した円筒形状、図5(b)に示すような円錐形状、図5(c)に示すような円筒形状、図5(d)に示すような半球状の先端を有した円錐形状、図5(e)に示すような球状などが挙げられる。図3および図5(a)乃至図5(e)に示す形状の突起12とライナーリング6との接触面積は小さいので、突起12はライナーリング6の半径方向の動きをほとんど拘束せず、したがって空間10内でのライナーリング6の半径方向の自由な動きが保たれる。
The shape of the
ライナーリングカバー8は、ステンレス鋼などの金属、SiCなどのセラミック、プラスチックなどの高分子材料、または複数の異なる材料の組み合わせから構成されることが好ましい。本実施形態では、ライナーリングカバー8はステンレス鋼(SUS)から構成されており、ライナーリングカバー8の裏面(突起12が形成される側面と反対の面)からポンチをハンマーなどで打つことで、ライナーリングカバー8に突起12が形成されている。突起12とライナーリングカバー8は一体に構成してもよく、またはこれらを別体として構成してもよい。
The
ライナーリング6の内周面は、羽根車1の外周面に近接して配置されている。回転する羽根車1との接触による摩耗を防ぐために、ライナーリング6は耐摩耗性の高い材料から構成されている。本実施形態では、ライナーリング6は樹脂から構成されている。樹脂製のライナーリング6では、突起12に押し付けられたときでも、ライナーリング6の弾性変形によりライナーリング6の半径方向の動きが拘束されにくい。さらに、ライナーリング6と突起12との摩擦抵抗を少なくするために、ライナーリング6をポリテトラフルオロエチレンまたはテフロン(登録商標)から構成することが好ましい。
The inner peripheral surface of the
なお、本実施形態では、ライナーリング6の内周面が羽根車1の流体入口の外周面に直接対向して配置されているが、図1に示すように、羽根車1にウエアリングを取り付け、このウエアリングに対向するようにライナーリング6を配置してもよい。この場合、羽根車1とウエアリングがポンプの回転体を構成する。
In this embodiment, the inner peripheral surface of the
次に、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプの騒音実験の結果について図6の表を参照して説明する。図6は、図3に示すシール機構を備えたポンプと、図2に示す従来のシール機構を備えたポンプの騒音実験の結果を示す表である。本実施形態に係るシール機構の隙間δを約0.1mmとした。図6の表に示すように、従来のシール機構を備えたポンプの騒音が約65dBであったのに対し、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプの騒音は約50dBであった。特に、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプでは、ライナーリング6のばたつきに起因する耳障りな周期的な騒音がなかった。この実験結果から、本発明のシール機構が騒音の低減に十分な効果を奏することが分かった。
Next, the result of the noise experiment of the pump provided with the seal mechanism according to the present embodiment will be described with reference to the table of FIG. FIG. 6 is a table showing the results of a noise experiment of the pump having the seal mechanism shown in FIG. 3 and the pump having the conventional seal mechanism shown in FIG. The clearance δ of the seal mechanism according to the present embodiment is about 0.1 mm. As shown in the table of FIG. 6, the noise of the pump provided with the conventional seal mechanism was about 65 dB, whereas the noise of the pump provided with the seal mechanism according to the present embodiment was about 50 dB. In particular, in the pump provided with the seal mechanism according to the present embodiment, there was no annoying periodic noise caused by flapping of the
ライナーリング6を軸方向から支持する突起12を設けることにより、ライナーリング6とライナーリングハウジング7との軸方向の隙間がほとんどなくなる。したがって、ライナーリング6の軸方向のばたつきがなくなり、これにより騒音の少ないシール機構が実現される。さらに、ライナーリング6の半径方向の動きは突起12によっては拘束されないので、ライナーリング6と羽根車1(またはウエアリング)との隙間を小さくしても、ライナーリング6の摩耗を低減することができる。
By providing the
ライナーリングカバー8に代えて、ライナーリングハウジング7に突起12を設けてもよく、あるいは、ライナーリングカバー8およびライナーリングハウジング7の両方に突起12を設けてもよい。しかしながら、図3に示すように高圧側に配置されるライナーリングカバー8のみに突起12を配置することが好ましい。これは、羽根車1のポンプ作用によりライナーリング6が低圧側のライナーリングハウジング7に押し付けられるため、ライナーリングハウジング7に突起12がある場合、環状の空間10の内部でライナーリング6が不安定な体勢となってしまうことがあるからである。
Instead of the
ここで、ライナーリング6の低圧側の側面に、半径方向またはスパイラル状に延びる溝を設けてもよい。図7(a)および図7(b)は、ライナーリング6の低圧側の側面に形成された溝の例を示す平面図である。溝15は、ライナーリング6の低圧側の側面に複数形成される。ここで、ライナーリング6の低圧側の側面とは、ライナーリングハウジング7の側面に対向する面である。羽根車1が回転すると、高圧領域内の液体の一部がライナーリング6とライナーリングハウジング7との間の隙間を通過して低圧領域に流れ込む。このとき、低圧側の液体の負圧が溝15に廻り込み、ライナーリング6の低圧側の側面が吸盤のようにライナーリングハウジング7の側面に密着する。したがって、ライナーリング6の軸方向の遊びがなくなり、ポンプの運転中の騒音がさらに低減される。ライナーリング6に代えて、ライナーリング6の低圧側の側面に対向するライナーリングハウジング7の側面に上記溝を形成してもよい。
Here, a groove extending in the radial direction or spiral may be provided on the side surface of the
図8は、本実施形態に係るシール機構の他の構成例を示す図である。この例では、羽根車1の吸込側に加えて、羽根車1の裏側にもライナーリング6、ライナーリングハウジング7、ライナーリングカバー8、および突起12が配置されている。ライナーリングカバー8は羽根車1の裏面に近接して配置され、突起12は、ライナーリング6の側面に対向するようにライナーリングカバー8の側面に配置されている。この例でも、図8に示すように、高圧側に配置されるライナーリングカバー8のみに突起12を配置することが好ましい。
FIG. 8 is a diagram illustrating another configuration example of the sealing mechanism according to the present embodiment. In this example, in addition to the suction side of the impeller 1, the
図9は、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプを示す断面図である。このポンプは、一段の羽根車1を備えた遠心ポンプである。羽根車1は、軸2を介してモータMに連結されており、モータMによって回転駆動される。ポンプケーシング3と軸2との間の隙間は、メカニカルシール17によって封止されている。羽根車1の流体入口を囲むように、本実施形態に係るシール機構20が設けられている。なお、この例では、ライナーリングハウジング7(図3参照)は、ポンプケーシング3とは別体として設けられている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a pump provided with a seal mechanism according to the present embodiment. This pump is a centrifugal pump provided with a single stage impeller 1. The impeller 1 is connected to a motor M via a
モータMにより羽根車1が回転すると、矢印で示すように、液体は吸込口3aからポンプケーシング3内に吸い込まれ、羽根車1の回転により昇圧された後、吐出口3bから吐き出される。本実施形態に係るシール機構20を備えたポンプによれば、ライナーリング6とライナーリングハウジング7との接触の際の衝撃が低減されるので、騒音を低減させることができる。なお、本発明に係るシール機構は、図9に示す単段の遠心ポンプに限らず、多段遠心ポンプにも適用することができることはもちろんである。
When the impeller 1 is rotated by the motor M, as indicated by an arrow, the liquid is sucked into the
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the widest scope according to the technical idea defined by the claims.
1 羽根車
2 軸
3 ポンプケーシング
6 ライナーリング
7 ライナーリングハウジング
8 ライナーリングカバー
12 突起
20 シール機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記ポンプの回転体に近接して配置されるライナーリングと、
前記ライナーリングを半径方向に移動可能に収容する空間を形成するライナーリングハウジングおよびライナーリングカバーと、
前記ライナーリングハウジングおよび前記ライナーリングカバーの少なくとも一方に設けられた、前記ライナーリングの側面に対向する突起とを備え、
前記ライナーリングの軸方向の動きは、前記突起により実質的に拘束されていることを特徴とするシール機構。 A pump sealing mechanism,
A liner ring disposed close to the rotating body of the pump;
A liner ring housing and a liner ring cover forming a space for movably accommodating the liner ring in a radial direction;
A protrusion provided on at least one of the liner ring housing and the liner ring cover and facing a side surface of the liner ring;
The seal mechanism according to claim 1, wherein the axial movement of the liner ring is substantially restrained by the protrusion.
羽根車と、
前記羽根車が固定される軸と、
前記羽根車が収容されるポンプケーシングとを備えたことを特徴とするポンプ。 A seal mechanism according to any one of claims 1 to 4,
Impeller,
A shaft to which the impeller is fixed;
And a pump casing in which the impeller is accommodated.
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2010
- 2010-07-23 JP JP2010165436A patent/JP2012026348A/en active Pending
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