JP2012140875A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプシャフトとフレーム部材との間をメカニカルシールにより高い液密性でシールすると共に、インペラとインペラケーシングとの軸線方向に沿ったクリアランス調整を簡単に行う。
【解決手段】遠心ポンプ１０では、インペラ３０、ポンプシャフト１２、フレーム部材１４、軸受１８Ａ、２０Ｂ及びメカニカルシール５６が軸線方向に沿って一体となり移動可能となるように連結されると共に、フレーム部材１４がインペラケーシング４２に軸線方向に沿ってスライド可能となるように連結されている。これにより、フレーム部材１４を軸線方向に沿ってインペラケーシング４２に対して適宜スライドさせれば、インペラ３０をインペラケーシングに対して軸線方向に沿って移動させ、インペラ３０とインペラケーシング４２との間のクリアランスＣＬを調整できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インペラに接続されたポンプシャフトと、このポンプシャフトを収納したフレーム部材との間がメカニカルシールによりシールされたポンプ装置に関する。

遠心ポンプ等のポンプ装置では、運転時にインペラ等により昇圧された被送液がポンプの外部に漏れることを防止するために、ポンプシャフト及びポンプシャフトを収納したフレーム部材との間にはグランドパッキンやメカニカルシールからなる軸封装置が配置されている。このような軸封装置の構造は、例えば、特許文献１に記載されている。
ポンプ装置では、運転に伴ってインペラ又はインペラケーシングのフロントケーシングに磨耗が発生する。インペラ又はインペラケーシングのフロントケーシングに磨耗が発生すると、ポンプシャフトの軸線方向に沿ったインペラとフロントケーシングとのクリアランスが適正値よりも大きくなり、ポンプ性能が低下する。このため、このような場合には、ポンプ性能を復帰させるために、インペラとフロントケーシングとのクリアランスを調整する必要がある。

そして、ポンプ装置では、軸封装置としてグランドパッキンが使用されている場合、インペラ又はフロントケーシングの磨耗により性能が低下したときには、フレーム部材とポンプシャフトとの間に介装された軸受部材と共にシャフトを、インペラケーシングに対して軸線方向に沿ってスライドさせることで、インペラとフロントケーシングのクリアランスを調整し、ポンプ性能の復帰が可能である。しかし、軸封装置としてグランドパッキンを使用した場合、グランドパッキンによりシールされた軸封部からは一定の液漏れを許容する必要があった。

図２には、軸封装置としてグランドパッキンが使用された従来の遠心ポンプの構成が示されている。この遠心ポンプ１００には、ポンプシャフト１０２及び、このポンプシャフト１０２を収納する円筒状のポンプフレーム１０４が設けられており、ポンプフレーム１０４とポンプシャフト１０２の間に軸受１０６Ａ及び軸受１０８Ｂがそれぞれ介装されている。また遠心ポンプ１００は、インペラ１２４を収納するインペラケーシング１２６を備えている。インペラケーシング１２６は、出液口１１１が形成されたケーシング本体１１０及び、吸液口１１３が形成されたフロントケーシング１１２を備えている。フロントケーシング１１２は、ケーシング本体１１０の先端部に開口した取付口１１５にケーシングパッキン１１７を介して接続されている。またケーシング本体１１０には、複数個のグランドパッキン１１６をポンプシャフト１０２との間に保持する円筒状のホルダ部１１４が一体的に形成されている。

上記のように構成された遠心ポンプ１００では、インペラ１２４又はフロントケーシング１１２の磨耗によりポンプ性能が低下した時には、連結ボルト１１８Ａ及び調整ボルト１２０をそれぞれ緩め、ポンプフレーム１０４と軸受カバー１０５との間に介装された調整シム１２２を抜き取った後に、軸受１０６Ａ、軸受１０８Ｂと共にポンプシャフト１０２を軸線方向（矢印Ｓ方向）へスライドさせ、インペラ１２４とフロントケーシング１１２との軸線方向のクリアランスＣＬを調整することにより、ポンプ性能の復帰が可能である。また遠心ポンプ１００では、押し部材１２７をホルダ部１１４に連結した連結ボルト１２８Ｂの捻じ込み量を調整することにより、複数個のグランドパッキン１１６の軸線方向の圧縮量、すなわちグランドパッキン１１６のポンプシャフト１０２及びポンプフレーム１０４の圧接力が単独で調整可能になっている。

一方、ポンプ装置では、軸封部のシール性能を高めるために、軸封装置としてメカニカルシールを使用した場合、インペラ又はフロントケーシングの磨耗によりポンプ性能が低下した時には、軸受部材と共にポンプシャフトを、インペラケーシングに対してスライドさせて、インペラとフロントケーシングとのクリアランスを調整しようとすると、メカニカルシールの固定環と回転環の軸線方向に沿った隙間（摺動隙間）が広がってしまう。このため、クリアランス調整量が大きくなると、メカニカルシールによるシール性能の低下を招くという問題があった。このため、軸封装置としてメカニカルシールが使用されたポンプ装置では、インペラとフロントケーシングとのクリアランスを調整する場合には、ポンプ装置の接液部であるインペラケーシングを含む部分を分解してクリアランス調整が行われていた。

図３には、軸封装置としてメカニカルシールが使用された従来の遠心ポンプの構成が示されている。この遠心ポンプ１３０が図２に示される遠心ポンプ１００と異なる点は、軸封装置としてグランドパッキン１１６の代わりにホルダ部１１４とポンプシャフト１０２との間にメカニカルシール１３２が配置されている点であり、他の部分については遠心ポンプ１００と基本的に同じ構成を有している。このため、遠心ポンプ１３０において、遠心ポンプ１００と構成が同じ部分には同一符号を付して説明を省略する。メカニカルシール１３２は、スリーブ１３４を介してポンプシャフト１０２の外周側に固定された回転環１３６と、セットボルト１３８によりホルダ部１１４の内周側に固定された固定環１４０とを備えている。またメカニカルシール１３２には、回転環１３６と固定環１４０との間にシールリング１４２が介装されると共に、固定環１４０を回転環１３６側へ付勢する付勢部材１４４が設けられている。

上記のように構成された遠心ポンプ１３０でも、遠心ポンプ１００と同様に、連結ボルト１１８Ａ及び調整ボルト１２０をそれぞれ緩め、ポンプフレーム１０４と軸受カバー１０５との間から調整シム１２２を抜き取った後に、軸受１０６Ａ、１０８Ｂと共にポンプシャフト１０２を軸線方向へスライドさせ、インペラ１２４とフロントケーシング１１２との軸線方向のクリアランスＣＬを調整することも可能である。

しかし、遠心ポンプ１３０では、クリアランス調整量が大きい場合には、固定環１４０と回転環１３６の軸線方向に沿った隙間（摺動隙間）が固定環１４０に対して許容される可動量よりも広がって、シール性能の低下を招くおそれがある。このため、遠心ポンプ１３０では、インペラ１２４とフロントケーシング１１２とのクリアランス調整を行う場合には、通常、フロントケーシング１１２をケーシング本体１１０から取り外し、ケーシングパッキン１１７を抜き取った後に、インペラ１２４とフロントケーシング１１２とのクリアランス調整を行っていた。

特公昭４２−２０９４５号広報

本発明の目的は、上記事実を考慮し、ポンプシャフトとフレーム部材との間をメカニカルシールにより高い液密性でシールできると共に、インペラとインペラケーシングとの軸線方向に沿ったクリアランス調整を簡単に行えるメンテナンス性に優れ液漏れが少ないポンプ装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係るポンプ装置は、インペラと、該インペラに接続されるポンプシャフトと、該ポンプシャフトを収納する筒状のフレーム部材と、前記ポンプシャフトと前記フレーム部材との間に介装された軸受部材と、前記ポンプシャフトと前記フレーム部材との間をシールするメカニカルシールと、前記インペラを収納するインペラケーシングと、を有し、前記インペラ、前記ポンプシャフト、前記フレーム部材、前記軸受部材及び前記メカニカルシールを、前記ポンプシャフトの軸線方向に沿って一体となって移動可能となるように連結すると共に、前記フレーム部材を前記インペラケーシングに前記軸線方向に沿ってスライド可能となるように連結し、前記インペラと前記インペラケーシングとの前記軸線方向に沿ったクリアランスを調整可能としたことを特徴とする。

上記請求項１に係るポンプ装置では、インペラ、ポンプシャフト、フレーム部材、軸受部材及びメカニカルシールが軸線方向に沿って一体となって移動可能となるように連結されると共に、前記フレーム部材がインペラケーシングに軸線方向に沿ってスライド可能となるように連結されている。これにより、フレーム部材をインペラケーシングに対して軸線方向へ適宜スライドさせれば、インペラをインペラケーシングに対して軸線方向に沿って移動させ、インペラとインペラケーシングとの軸線方向のクリアランスを調整できる。このとき、メカニカルシールもフレーム部材及びインペラと一体となって前記軸線方向へ移動し、メカニカルシールにおける軸線方向に沿った隙間（摺動隙間）が変化しないので、インペラとインペラケーシングとの間のクリアランス調整を行っても、メカニカルシールによるポンプシャフトとフレーム部材との間のシール性が低下しない。

この結果、請求項１に係るポンプ装置によれば、ポンプシャフトとフレーム部材との間をメカニカルシールにより高い液密性でシールできると共に、インペラとインペラケーシングとの軸線方向に沿ったクリアランス調整を簡単に行えるので、メンテナンス性に優れ液漏れが少ないポンプ装置を提供するができる。
また本発明の請求項２に係るポンプ装置は、請求項１記載のポンプ装置において、前記メカニカルシールは、前記ポンプシャフトと一体となって回転する回転環と、前記ポンプシャフトの回転方向に沿って前記フレーム部材に固定されると共に、前記回転環に圧接する固定環と、を有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明のポンプ装置によれば、ポンプシャフトとフレーム部材との間をメカニカルシールにより高い液密性でシールできると共に、インペラとインペラケーシングとの軸線方向に沿ったクリアランス調整を簡単に行えるので、メンテナンス性に優れたポンプ装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る遠心ポンプの構成を示す軸線方向に沿った断面図である。 軸封装置としてグランドパッキンが使用された従来の遠心ポンプの構成を示す軸線方向に沿った断面図である。 軸封装置としてメカニカルシールが使用された従来の遠心ポンプの構成を示す軸線方向に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る遠心ポンプについて図面を参照しつつ説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る遠心ポンプの構成が示されている。この遠心ポンプ１０には、その中心部にポンプシャフト１２が設けられると共に、このポンプシャフト１２を収納するフレーム部材１４が設けられている。フレーム部材１４は円筒状の軸受シリンダ１６を備えており、この軸受シリンダ１６内には、ポンプシャフト１２の軸線方向中間部が収納されている。軸受シリンダ１６とポンプシャフト１２との間には軸受１８Ａ及び軸受２０Ａが介装されている。これにより、ポンプシャフト１２は、軸受シリンダ１６により回転可能に支持される。

フレーム部材１４には、軸受シリンダ１６の先端側（図１では左側）の端面を閉止する軸受カバー２２Ａが設けられると共に、軸受シリンダ１６の基端側（図１では右側）の端面を閉止する軸受カバー２４Ｂが設けられている。軸受カバー２２Ａは連結ボルト２３Ａにより軸受シリンダ１６に固定されており、軸受カバー２４Ｂは連結ボルト２５Ｂにより軸受シリンダ１６に固定されている。ポンプシャフト１２は軸受カバー２２Ａ、２４Ｂをそれぞれ貫通しており、その先端側及び基端側をそれぞれ軸受カバー２２Ａ、２４Ｂから突出させている。また軸受シリンダ１６には、その基端側に外周側へ延出するブラケット部２６が一体的に形成されている。

フレーム部材１４には、軸受カバー２２Ａの軸線方向外側にリング状の固定環ピース２８が設けられている。固定環ピース２８は、軸受カバー２２Ａの先端側の端面に連結ボルト２９Ｃにより軸受カバー２２Ａに固定されている。ポンプシャフト１２は固定環ピース２８を貫通しており、その先端部を固定環ピース２８から突出させている。ポンプシャフト１２の先端部には、インペラ３０が同軸的に固定されている。このインペラ３０には、略円板状のベース部３２が形成されると共に、このベース部３２から軸線方向外側へ延出する複数枚の羽根部３４が一体的に形成されている。
ここで、ポンプシャフト１２の先端部には雄ねじ部３６が形成されており、この雄ねじ部３６がインペラ３０の基端側の端面中央部に開口したねじ穴３８に捩じ込まれることにより、ポンプシャフト１２とインペラ３０とは同軸的に連結固定されている。またポンプシャフト１２には、雄ねじ部３６と基端側の部分との間に段差部４０が形成されている。

遠心ポンプ１０は、インペラ３０を収納するインペラケーシング４２を備えている。インペラケーシング４２は、出液口４５が成されたケーシング本体４４及び、吸液口４７が形成されたフロントケーシング４６を備えている。フロントケーシング４６は、ケーシング本体４４の先端側に開口した取付口４９にケーシングパッキン５１を介して固定されている。またケーシング本体４４には、その背板部４８に基端側へ突出する円筒状のホルダ部５０が一体的に形成されている。ポンプシャフト１２は、ホルダ部５０内を通ってフレーム部材１４からインペラケーシング４２内へ突出している。また背板部４８には、ホルダ部５０の外周側に軸線方向に沿って基端側へ延出するブラケット部５２が一体的に形成されている。

ホルダ部５０は固定環ピース２８の内周側に挿入されており、固定環ピース２８に対して軸線方向（矢印Ｓ方向）へ相対的にスライド可能とされている。またホルダ部５０の外周面にはＯリング等のシール部材５４が配置されており、このシール部材５４は、ホルダ部５０と固定環ピース２８との間をシールしている。
遠心ポンプ１０には、固定環ピース２８とポンプシャフト１２との間をシールするメカニカルシール５６が設けられている。このメカニカルシール５６は、固定環ピース２８の内周側に配置された固定環５８及び、ホルダ部５０の内周側に配置された回転環６０を備えている。ここで、ポンプシャフト１２には、段差部４０の外周側に連結リング６２が嵌挿されており、この連結リング６２を介して、回転環６０はポンプシャフト１２の外周側に固定されている。また固定環５８は略円筒状に形成されており、固定環ピース２８の内周側に軸線方向に沿ってスライド可能に挿入されている。

固定環５８には、その先端部に外周側へ延出する鍔部６４が一体的に形成されており、この鍔部６４は固定環５８の基端側への移動を制限し、固定環５８が固定環ピース２８から脱落することを阻止している。またメカニカルシール５６は、固定環５８の鍔部６４と固定環ピース２８との間に介装されるコイルスプリング等の付勢部材６６を備えており、この付勢部材６６は、固定環５８を常に回転環６０側へ付勢している。

遠心ポンプ１０は、軸線方向に沿ってケーシング本体４４のブラケット部５２と軸受シリンダ１６のブラケット部２６との間に配置されるサイドフレーム６８を備えている。サイドフレーム６８には、ブラケット部５２側の端部にフランジ部７２が形成されると共に、ブラケット部２６側の端部にもフランジ部７０が形成されている。遠心ポンプ１０では、連結ボルト７４Ｄによりブラケット部５２とフランジ部７２とが締結固定されると共に、連結ボルト７６Ｅを介してブラケット部２６とフランジ部７０とが連結されている。
連結ボルト７６Ｅの軸部７８には、３個のナット８２、８３、８４が捻じ込まれている。ここで、ナット８２は、連結ボルト７６Ｅの頭部８０との間にフランジ部７０を挟持している。またナット８３及びナット８４はブラケット部２６を挟持している。

次に、上記のように構成された遠心ポンプ１０の動作及び作用を説明する。遠心ポンプ１０は、少なくともインペラケーシング４２が被送液中に浸漬された状態で使用される。遠心ポンプ１０では、電動モータ（図示省略）からの回転力によりポンプシャフト１２及びインペラ３０が一体となって回転すると、インペラ３０が発生する旋回流の作用により吸液口４７からインペラケーシング４２内に被送液が吸入されると共に、インペラケーシング４２内の被送液が加圧状態になって出液口４５から排出される。このとき、メカニカルシール５６は、ポンプシャフト１２と固定環ピース２８との間を高いシール性でシールし、インペラケーシング４２内の被送液がポンプシャフト１２と固定環ピース２８との間から外部へ漏れることを防止している。これにより、遠心ポンプ１０の性能低下が効果的に防止される。

また、遠心ポンプ１０により揚水する被送液中には、微細な土砂等の異物が浮遊していることが多い。このため、遠心ポンプ１０では、運転時間の増加に伴って、被送液中の異物との接触によりフロントケーシング４６及びインペラ３０の磨耗が進行し、インペラ３０の羽根部３４とフロントケーシング４６の内面とのクリアランスＣＬが広がる。このようなクリアランスＣＬの増加もポンプ性能を低下させることから、遠心ポンプ１０では、性能低下を防止するために、クリアランスＣＬを定期的に調整する必要がある。

遠心ポンプ１０では、クリアランスＣＬを調整する際には、連結ボルト７６Ｅの軸部７８に捩じ込まれたナット８３を捻込み方向へ回転させて頭部８０側へ移動させた後、ナット８４を捻込み方向へ回転させて頭部８０側へ移動させる。これにより、ナット８４からの押圧力がブラケット部２６を介して軸受シリンダ１６に伝達され、この押圧力により軸受シリンダ１６がインペラケーシング４２側へスライドする。

このとき、軸受シリンダ１６を含むフレーム部材１４全体がインペラケーシング４２側へスライドする。またポンプシャフト１２及びインペラ３０は、フレーム部材１４と一体となって軸線方向へ移動するように連結されていることから、軸受シリンダ１６をクリアランスＣＬの調整量と等しいだけフロントケーシング４６側へ移動させると、インペラ３０も前記調整量だけフロントケーシング４６側へ移動し、クリアランスＣＬを適正値に調整できる。このクリアランスＣＬの調整後、ナット３３を回転させてブラケット部２６に圧接させることにより、軸受シリンダ１６と共にインペラ３０がインペラケーシング４２に対して固定される。

以上説明した本実施形態に係る遠心ポンプ１０では、インペラ３０、ポンプシャフト１２、フレーム部材１４、軸受１８Ａ、２０Ｂ及びメカニカルシール５６が軸線方向に沿って一体となり移動可あ能となるように連結されると共に、フレーム部材１４がインペラケーシング４２に軸線方向に沿ってスライド可能となるように連結されている。これにより、フレーム部材１４を軸線方向に沿ってインペラケーシング４２に対して適宜スライドさせれば、インペラ３０をインペラケーシングに対して軸線方向に沿って移動させ、インペラ３０とインペラケーシング４２との間のクリアランスＣＬを調整できる。このとき、メカニカルシール５６も、フレーム部材１４及びインペラ３０と一体となって軸線方向へ移動し、メカニカルシール５６における軸線方向に沿った隙間（摺動隙間）が変化しないので、インペラ３０とインペラケーシング４２との間のクリアランス調整を行っても、メカニカルシール５６によるポンプシャフト１２とフレーム部材１４との間のシール性が低下しない。

この結果、本実施形態に係る遠心ポンプ１０によれば、ポンプシャフト１２とフレーム部材１４との間をメカニカルシール５６により高い液密性でシールできると共に、インペラ３０とインペラケーシング４２との間のクリアランス調整を簡単に行えるので、メンテナンス性に優れ液漏れが少ない遠心ポンプ１０を提供するができる。
また、本実施形態に係る遠心ポンプ１０では、メカニカルシール５６がポンプシャフト１２と一体となって回転する回転環６０と、ポンプシャフト１２の回転方向に沿ってフレーム部材１４に固定されると共に、固定環ピース２８により軸線方向に沿ってスライド可能に保持された固定環５８と、この固定環５８を付勢して回転環６０に圧接させる付勢部材６６とを有することから、グランドパッキンを用いた場合と比較し、ポンプシャフト１２とフレーム部材１４との間からポンプ外部へ漏れる被送液を極めて少ないものにできる。

１０ 遠心ポンプ
１２ ポンプシャフト
１４ フレーム部材
１６ 軸受シリンダ
１８Ａ、２０Ａ 軸受
２２Ａ、２４Ｂ 軸受カバー
２３Ａ、２５Ｂ 連結ボルト
２６ ブラケット部
２８ 固定環ピース
２９Ｃ 連結ボルト
３０ インペラ
３２ ベース部
３４ 羽根部
３６ ねじ部
３８ ねじ穴
４０ 段差部
４２ インペラケーシング
４４ ケーシング本体
４５ 出液口
４６ フロントケーシング
４７ 吸液口
４８ 背板部
４９ 取付口
５０ ホルダ部
５１ ケーシングパッキン
５２ ブラケット部
５４ シール部材
５６ メカニカルシール
５８ 固定環
６０ 回転環
６２ 連結リング
６４ 鍔部
６６ 付勢部材
６８ サイドフレーム
７０ フランジ部
７２ フランジ部
７４Ｄ 連結ボルト
７６Ｅ 連結ボルト
７８ 軸部
８０ 頭部
８２、８３、８４ ナット
ＣＬ クリアランス

Claims (2)

1. インペラと、該インペラに接続されるポンプシャフトと、該ポンプシャフトを収納する筒状のフレーム部材と、前記ポンプシャフトと前記フレーム部材との間に介装された軸受部材と、前記ポンプシャフトと前記フレーム部材との間をシールするメカニカルシールと、前記インペラを収納するインペラケーシングと、を有し、
   前記インペラ、前記ポンプシャフト、前記フレーム部材、前記軸受部材及び前記メカニカルシールを、前記ポンプシャフトの軸線方向に沿って一体となって移動可能となるように連結すると共に、
   前記フレーム部材を前記インペラケーシングに前記軸線方向に沿ってスライド可能なるように連結し、前記インペラと前記インペラケーシングとの前記軸線方向に沿ったクリアランスを調整可能としたことを特徴とするポンプ装置。
2. 前記メカニカルシールは、前記ポンプシャフトと一体となって回転する回転環と、前記ポンプシャフトの回転方向に沿って前記フレーム部材に固定されると共に、前記回転環に圧接する固定環と、を有することを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。

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