JP2012117432A

JP2012117432A - 水中ポンプ用軸封装置

Info

Publication number: JP2012117432A
Application number: JP2010267071A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Fujinaga; 繁行藤永; Masaki Miyamoto; 正樹宮本; Yuki Maeda; 祐樹前田
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: JP5548596B2

Abstract

【課題】メンテナンスフリーであり、インペラ室への油漏れを生じることのない実用的な水中ポンプ用軸封装置を提供する。
【解決手段】インペラ室１とモータ室２との間に、インペラ室１との間が第１隔壁３により仕切られ且つモータ室２との間が第２隔壁４により仕切られた中間室５を形成して、両隔壁３，４を貫通してモータ室２からインペラ室１へと延びるインペラ軸６と第１隔壁３との間に第１メカニカルシール７を配設すると共に当該インペラ軸６と第２隔壁４との間に第２メカニカルシール８を配設してある水中ポンプ用軸封装置において、中間室５内を大気領域となすと共に、第２メカニカルシール８の構成部材の全て又は一部が第１メカニカルシール７の構成部材とインペラ軸６との対向周面間に形成される環状空間に配置されるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、水中ポンプにおけるモータ室とインペラ室との間を軸封するための水中ポンプ用軸封装置に関するものである。

一般に、この種の水中ポンプ用軸封装置は、図４に示す如く、インペラ室１とモータ室２との間に、インペラ室１との間が第１隔壁３により仕切られ且つモータ室２との間が第２隔壁４により仕切られた中間室５を形成して、両隔壁３，４を貫通してモータ室１からインペラ室２へと延びるインペラ軸６と第１隔壁３との間に第１メカニカルシール７を配設すると共に当該インペラ軸６と第２隔壁４との間に第２メカニカルシール８を配設してなる。なお、モータ室２には、インペラ軸６を回転駆動するためのモータ９及びインペラ軸６の軸受（図示せず）が配置されており、インペラ室１には、インペラ軸６に取付けたインペラ１０が配置されると共に吸込口１ａ及び吐出口１ｂが形成されている。

而して、従来の水中ポンプ用軸封装置にあっては、特許文献１〜４に開示される如く、中間室５に油を封入して両メカニカルシール７，８のシール面潤滑を行うようにしている。

特開平０８−３３４０９８号公報特開平０４−０９５６７４号公報特開２００２−００５３０６号公報実開平０５−０８３３９５号公報

しかし、このような従来の水中ポンプ用軸封装置にあっては、中間室５内の油量（油面）管理が必要であり、油交換時の使用済油の処理（廃油処理）が必要となる等、極めて面倒なメンテンナンス作業を行うことが必要であった。しかも、中間室５内の油が、微量ながらも第１メカニカルシール７からインペラ室１に漏洩することは避け難く、この漏洩油がポンプ取扱液に混入して環境汚染問題となる虞れがある。特に、ポンプ取扱液が食品や化粧品等のように厳格な衛生管理を必要とするものである場合には、かかる油漏れは重大な問題となる。また、所定量の油量を確保するために中間室５を一定以上小さくすることができず、当該軸封装置を装備する水中ポンプの小型化を困難としている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、メンテナンスフリーであり、インペラ室への油漏れを生じることのない実用的な水中ポンプ用軸封装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、インペラ室とモータ室との間に、インペラ室との間が第１隔壁により仕切られ且つモータ室との間が第２隔壁により仕切られた中間室を形成して、両隔壁を貫通してモータ室からインペラ室へと延びるインペラ軸と第１隔壁との間に第１メカニカルシールを配設すると共に当該インペラ軸と第２隔壁との間に第２メカニカルシールを配設してある水中ポンプ用軸封装置において、上記の目的を達成すべく、特に、中間室内を大気領域となしておくことを提案するものである。

かかる水中ポンプ用軸封装置にあって、当該軸封装置が装備される水中ポンプの小型化（特に、軸線方向長さの短縮化）を図るべく、一方のメカニカルシールの構成部材の全て又は一部が他方のメカニカルシールの構成部材とインペラ軸との対向周面間に形成される環状空間に配置されるように構成しておくことが好ましい。

また、第２メカニカルシールとしては、インペラ軸に設けた第２回転密封環と第２隔壁に設けた第２静止密封環との対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用によりモータ室と中間室とを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールであって、何れか一方の密封環の密封端面を、これに同心状の環状凹溝を形成することによって、当該環状凹溝より内径側の第１密封端面部分と外径側の第２密封端面部分とに分割された形状となすと共に、当該密封環に、その密封端面以外の表面に開口し且つ前記環状凹溝内へと連通する貫通孔を形成したドライコンタクトシールを使用することが好ましい。なお、インペラ室とモータ室との間のシールは主として第１メカニカルシールにより行われ、モータ室と中間室との間をシールする第２メカニカルシールは補助的なものにすぎないものであるから、第２メカニカルシールには、これが大気領域間（モータ室と中間室との間）をシールするものであることとも相俟って、第１メカニカルシールと同等ないしそれ以上の高度なシール機能は必要とされない。したがって、第２メカニカルシールとしては、上記した特殊なドライコンタクトシールの他、油潤滑等の液体潤滑を必要としない周知の一般的なドライコンタクトシール（例えば、両密封端面が上記した環状凹溝を有しておらず、一方の密封端面ないし密封環が自己潤滑性に優れた材料（カーボンやグラスファイバー入りのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等）で構成されている端面接触形のメカニカルシール）を使用することが可能である。

また、第１カニカルシールとしては、一般に、インペラ軸に設けた第１回転密封環と第１隔壁に設けた第１静止密封環との対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用によりインペラ室と中間室とを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールが使用されるが、当該両密封環は、その相対回転摺接部分である密封端面間がインペラ室の液体により液体潤滑されることから、中間室内を大気領域となすことによって潤滑不良となることはなく、炭化珪素等の硬質材で構成することができる。

本発明の水中ポンプ用軸封装置は、インペラ室とモータ室との間に形成される中間室内を大気領域となしたものであるから、中間室を油室とした場合のようなメンテナンス（油量の管理や油の交換，廃油処理等）を全く必要としないものである。しかも、インペラ室への油漏れを当然に生じないものであり、ポンプ取扱液が汚染されるようなことがなく、水質汚染等の環境問題を生じることがない。また、大気領域である中間室は油を封入する場合に比して必要最小限の大きさのものとできることから、当該軸封装置を装備する水中ポンプの小型化を実現することができる。したがって、本発明によれば、メンテナンスフリーで、ポンプ取扱液が食品や化粧品等のように厳格な衛生管理を必要とするものである場合を含めて極めて広範な用途に使用できる実用的な水中ポンプ用軸封装置を提供することができる。

図１は本発明に係る水中ポンプ用軸封装置の一例を示す縦断正面図である。図２は本発明に係る水中ポンプ用軸封装置の変形例を示す縦断正面図である。図３は図１又は図２の要部を拡大して示す詳細図である。図４は水中ポンプの一般的構成を示す概略の縦断正面図である。

以下、本発明に係る水中ポンプ用軸封装置の構成を図面に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明に係る水中ポンプ用軸封装置の一例を示す縦断正面図であり、図２は本発明に係る水中ポンプ用軸封装置の変形例を示す縦断正面図であり、図３は図１又は図２の要部を拡大して示す詳細図である。

図１に示す水中ポンプ用軸封装置（以下「第１軸封装置」という）及び図２に示す水中ポンプ用軸封装置（以下「第２軸封装置」という）は、夫々、図４に例示するような水中ポンプに装備されるものであり、インペラ室１とモータ室２との間に、インペラ室１との間が第１隔壁３により仕切られ且つモータ室２との間が第２隔壁４により仕切られた中間室５を形成して、両隔壁３，４を貫通してモータ室１からインペラ室２へと延びるインペラ軸６と第１隔壁３との間に一次シールたる第１メカニカルシール７を配設すると共に当該インペラ軸６と第２隔壁４との間に二次シールたる第２メカニカルシール８を配設してなるものである。

而して、第１及び第２軸封装置にあっては、本発明に従って、中間室５内をモータ室１内と同様に大気領域としてある。

また、第１メカニカルシール７は、図１及び図２に示す如く、インペラ軸６に設けた第１回転密封環１１と第１隔壁３に設けた第１静止密封環１２との対向端面たる密封端面１１ａ，１２ａの相対回転摺接作用によりインペラ室１と中間室５との間を遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。

第１回転密封環１１は、図１及び図２に示す如く、超硬合金，炭化珪素等の硬質部材で構成された円環状体であり、インペラ軸６にこれに嵌合固定した第１取付環１３を介して固定されている。すなわち、第１回転密封環１１は、インペラ室１内に配して、密封端面１１ａを中間室５に向けた状態で第１取付環１３に固定されている。

第１静止密封環１２は、図１及び図２に示す如く、第１回転密封環１１と同一形状及び同一材質をなすもので、第１隔壁３にスプリングリテーナ１４及び保持環１５及びＯリング１６を介して軸線方向に移動可能に保持されている。すなわち、第１隔壁３に、円筒状のスプリングリテーナ１４をその先端部を当該隔壁３から第１回転密封環１１方向に突出させた状態で固着し、このスプリングリテーナ１４の内周部に円筒状の保持環１５の基端部をＯリング１６を介して軸線方向移動可能に嵌合保持し、この保持環１５の先端部に第１回転密封環１１と直対向させた状態で第１静止密封環１２を固定してある。スプリングリテーナ１４と保持環１５との間は、保持環１５に突設したドライブピン１７をスプリングリテーナ１４に形成した係合孔に係合させることにより、所定範囲において軸線方向に相対移動可能に且つ相対回転不能に連結されている。スプリングリテーナ１４と保持環１５との間にはスプリング１８が介装されていて、保持環１５を、第１静止密封環１２の先端面である密封端面１２ａを第１回転密封環１１の密封端面１１ａに押圧接触させるべく、第１回転密封環１１方向に附勢している。

また、第２メカニカルシール８は、図１及び図２に示す如く、インペラ軸６に設けた第２回転密封環２１と第２隔壁４に設けた第２静止密封環２２との対向端面たる密封端面２１ａ，２２ａの相対回転摺接作用によりモータ室２と中間室５との間を遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールであるドライコンタクトシールであり、以下のように構成されている。

第２回転密封環２１は、図１及び図２に示す如く、超硬合金，炭化珪素等の硬質部材で構成された円環状体であり、インペラ軸６にこれに嵌合固定した第２取付環２３を介して固定されている。すなわち、第２回転密封環２１は、密封端面２１ａをモータ室２に向けた状態で第２取付環２３に固定されている。

第２静止密封環２２は、図１及び図２に示す如く、第２回転密封環２１に比して軟質であって自己潤滑性を有する材料（例えば、カーボン）で構成された円環状体であり、第２隔壁４にスプリングリテーナ２４及びＯリング２５を介して軸線方向に移動可能に保持されている。すなわち、第２隔壁４に、二重円筒状のスプリングリテーナ２４をその先端部を当該隔壁４から第２回転密封環２１方向に突出させた状態で固着し、第２静止密封環２２を、スプリングリテーナ２４の小径円筒部２４ａと大径円筒部２４ｂとの間に配して、当該小径円筒部２４ａの外周部にＯリング２５を介して軸線方向移動可能に嵌合保持してある。第２静止密封環２２は、その外周部に形成した凹部にスプリングリテーナ２４に突設したドライブピン２６を係合させることにより、スプリングリテーナ２４に所定範囲において軸線方向に相対移動可能に且つ相対回転不能に保持されている。第２静止密封環２２の基端部には、Ｏリング２５の飛び出しを阻止する環状のスプリング受板２７が係合保持されている。スプリングリテーナ２４と第２静止密封環２２の基端部つまりスプリング受板２７との間にはスプリング２８が介装されていて、第２静止密封環２２を、その先端面である密封端面２２ａを第２回転密封環２１の密封端面２１ａに押圧接触させるべく、第２回転密封環２１方向に附勢している。

また、第２静止密封環２２の密封端面２２ａは、図３に示す如く、これと同心状の環状凹溝２９を形成することによって、この環状凹溝２９より内径側の第１密封端面部分２２ｂと外径側の第２密封端面部分２２ｃとに分割された形状となされている。両密封端面部分２２ｂ，２２ｃは、第２回転密封環２１の密封端面２１ａに同心状態で接触しうる円環状の平滑面に形成されている。また、第２静止密封環２２には、図３に示す如く、密封端面２２ａ以外の表面に開口し且つ環状凹溝２９内へと連通する一又は複数の貫通孔３０が形成されている。この例では、貫通孔３０が第２静止密封環２２の外周面に開口されている。また、第１密封端面部分２２ｂの径方向幅は、図３に示す如く、第２密封端面部分２２ｃの径方向幅より大きく設定されている。

而して、第１軸封装置にあっては、図１に示す如く、第１メカニカルシール７と第２メカニカルシール８とが軸線方向に近接した状態で並列状に配置（タンデム配置）されている。すなわち、第１メカニカルシール７がインペラ室１内に配置され、第２メカニカルシール８が中間室５内に配置されている。

一方、第２軸封装置は、図２に示す如く、一方のメカニカルシール（この例では、第２メカニカルシール８）の円筒状構成部材の全て又は一部を他方のメカニカルシール（この例では、第１メカニカルシール７）の円筒状構成部材とインペラ軸６との対向周面間に形成される環状空間３１に配置して、両メカニカルシール７，８の構成部材の全て又は一部が軸線方向において重複するように構成されている。

すなわち、第２軸封装置にあっては、図２に示す如く、第１メカニカルシール７の円筒状構成部材である密封環１１，１２、保持環１５及びスプリングリテーナ１４の内径を第２メカニカルシール８の円筒状構成部材である密封環２１，２２及びスプリングリテーナ２４の外径より大きくして、軸線方向において第１メカニカルシール８の内周側空間（環状空間）３１に第２メカニカルシール８が突入するようにし、これにより中間室５を小さく、つまり隔壁３，４の間隔を小さくして、水中ポンプの大きさ（軸線方向長さ）を可及的に小型化するように工夫されている。なお、第２軸封装置にあっては、当該軸封装置の簡略化及び組立容易化を図るために、第１回転密封環１１及び第２回転密封環２１をインペラ軸６に固定するための部材を共通として、軸封装置の更なる簡略化及び組立容易化を図っている。すなわち、図２に示す如く、第１回転密封環１１をインペラ軸６に固定するための第１取付環１３と第２回転密封環２１をインペラ軸６に固定するための第２取付環２３とを円筒状の連結部材３２により連結した一体円筒構造物に構成してある。

以上のように構成された第１及び第２軸封装置にあっては、インペラ室１とモータ室２とがこれらと中間室５との間に配設した第１及び第２メカニカルシール７，８によりシールされる。このとき、インペラ室１と中間室５とをシールする第１メカニカルシール７は、中間室５が大気領域であるが、インペラ室１が液体領域であるから、密封端面間はインペラ室１内の液体により潤滑されることになる。したがって、両密封環１１，１２を硬質材製とした端面接触形のメカニカルシールである第１メカニカルシール７によって、液体領域であるインペラ室１と大気領域である中間室５との間が良好にシールされる。

また、モータ室２と中間室５との間は第２メカニカルシール８によってシールされるが、両室２，５が密封端面２１ａ，２２ａ間の液体潤滑を行い得ない大気領域であるため、密封端面２１ａ，２２ａの接触部分が発熱する虞れがある。しかし、第２メカニカルシール８にあっては、一方の密封端面２２ａが環状凹溝２９を挟んで同心状に並列する第１密封端面部分２２ｂと第２密封端面部分２２ｃとに分割されており且つ環状凹溝２９が貫通孔３０により大気領域に開放されていることから、密封端面２１ａ，２２ａの接触によって発生する熱は環状凹溝２９（及び貫通孔３０）から速やかに放熱されることになり、密封端面２１ａ，２２ａが異常発熱したり焼き付いたりすることがなく、両室２，５間が良好にシールされる。なお、第２メカニカルシール８は、その構造上、第１メカニカルシール７よりシール機能に劣るものであるが、軸封装置全体としてのシール機能（インペラ室１とモータ室２との間をシールする機能）については問題はない。すなわち、インペラ室１とモータ室２との間は実質的に第１メカニカルシール７によりシールされるのであり、第２メカニカルシール８は大気領域間(モータ室２と中間室５との間)をシールする補助的なものにものに過ぎないからである。

したがって、インペラ室１とモータ室２との間が中間室５を介して良好にシールされることになり、しかも中間室５が大気領域とされていることから、中間室に油を封入させるようにした従来の水中ポンプ用軸封装置のように油量管理や廃油処理等のメンテナンス作業が必要とならず、メンテナンスフリーを実現することができる。しかも、中間室５からインペラ室１に油漏れが生じるようなことがなく、ポンプ取扱液が食品や化粧品等のように厳格な衛生管理を必要とするものである場合にも冒頭で述べたような問題は生じない。

また、中間室５内が大気領域であるから、中間室に油を封入させるようにした従来の水中ポンプ用軸封装置に比して、中間室５を必要最小限の大きさとすることでき、当該軸封装置を装備する水中ポンプの小型化を図ることができる。特に、第２軸封装置のように両メカニカルシール７，８の構成部材の全て又は一部が軸線方向において重複するように構成しておくことによって、中間室５の大きさつまり両隔壁３，４の間隔を極めて小さくすることができ、水中ポンプの更なる小型化を図ることができる。

なお、本発明は上記した構成に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。

例えば、第２メカニカルシール８において、環状凹溝２９及び貫通孔３０を第２回転密封環２１に形成するようにしてもよい。この場合、貫通孔３０を当該回転密封環２１の外周面に開口させるようにしておくと、密封端面２１ａ，２２ａの接触による摩耗粉を、第２回転密封環２１の回転による遠心力により環状凹溝２９から貫通孔３０を介して放出させることができる。

また、第２メカニカルシール８は、上記した如く、第１メカニカルシール７と同等又はそれ以上のシール機能を必要とされないものであり、大気領域間（モータ室２と中間室５との間）を補助的にシールするものであればよいから、ドライ条件下である程度のシール機能を発揮する周知のオイルレスシールを使用することができる。例えば、第２メカニカルシール８としては、上記した如く密封環２１，２２の一方に放熱手段（環状凹溝２９及び貫通孔３０）を設けるようにした特殊なドライコンタクトシールの他、油潤滑等の液体潤滑を必要としない周知の一般的なドライコンタクトシール（例えば、両密封端面が上記した環状凹溝２９を有しておらず、一方の密封端面ないし密封環が自己潤滑性に優れた材料（カーボンやグラスファイバー入りのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等）で構成した端面接触形のメカニカルシール）を使用することができる。

１インペラ室
２モータ室
３第１隔壁
４第２隔壁
５中間室
６インペラ軸
７第１メカニカルシール
８第２メカニカルシール
１１第１回転密封環
１１ａ密封端面
１２第２静止密封環
１２ａ密封端面
２１第２回転密封環
２１ａ密封端面
２２第２静止密封環
２２ａ密封端面
２２ｂ第１密封端面部分
２２ｃ第２密封端面部分
２９環状凹溝
３０貫通孔

Claims

インペラ室とモータ室との間に、インペラ室との間が第１隔壁により仕切られ且つモータ室との間が第２隔壁により仕切られた中間室を形成して、両隔壁を貫通してモータ室からインペラ室へと延びるインペラ軸と第１隔壁との間に第１メカニカルシールを配設すると共に当該インペラ軸と第２隔壁との間に第２メカニカルシールを配設してある水中ポンプ用軸封装置において、
中間室内を大気領域となしたことを特徴とする水中ポンプ用軸封装置。
一方のメカニカルシールの構成部材の全て又は一部が他方のメカニカルシールの構成部材とインペラ軸との対向周面間に形成される環状空間に配置されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載する水中ポンプ用軸封装置。
第２メカニカルシールが、インペラ軸に設けた第２回転密封環と第２隔壁に設けた第２静止密封環との対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用によりモータ室と中間室とを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールであって、何れか一方の密封環の密封端面を、これに同心状の環状凹溝を形成することによって、当該環状凹溝より内径側の第１密封端面部分と外径側の第２密封端面部分とに分割された形状となすと共に、当該密封環に、その密封端面以外の表面に開口し且つ前記環状凹溝内へと連通する貫通孔を形成したドライコンタクトシールであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する水中ポンプ用軸封装置。
第１メカニカルシールが、インペラ軸に設けた第１回転密封環と第１隔壁に設けた第１静止密封環との対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用によりインペラ室と中間室とを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールであることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する水中ポンプ用軸封装置。