JP2017503115A - 一体型加圧ポンプシャフトシール組立体及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

回転流体ポンプ用の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体が開示されている。上記シール組立体は、オイル貯留部と、ポンプシャフトに直接固定されており、ポンプシャフトによって回転可能な一体型遠心オイルポンプであって、上記オイル貯留部からオイルを受け入れるように流体接続された一体型遠心オイルポンプと、上記遠心オイルポンプから加圧オイルを受け入れるように流体接続されたシール室であって、上記オイルによって潤滑されるように適合されたポンプシャフトベアリングを備えたシール室と、上記ポンプシャフトを囲み、圧送流体浸入に対して上記シール室を密封するように適合されたメカニカルシャフトシールと、を含んでもよい。また、前記一体型加圧ポンプシャフトシール組立体は、第１および第２のメカニカルシャフトシールを用いてもよい。ポンプモーターと、ポンプシャフトと、ポンプインペラ組立体と、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体とを含む回転流体ポンプが開示されている。また、回転流体ポンプ内のシール不良を防止する方法が開示されている。【選択図】図１

Description

本発明は、概してポンプシャフトシールおよびその使用方法に関する。より具体的には、本発明は、一体型シール加圧ポンプによって加圧されるように適合された液体中モーターまたは半液体中モーターのためのポンプのようなポンプシャフトシール組立体およびその使用方法に関する。

回転流体ポンプは、一般的に、シール不良に起因する誤動作および／または故障を起こしやすく、例えば、ポンプシャフトベアリングおよび／または典型的な電気ポンプモーター等のポンプモーターへの圧送流体の浸入をシールするポンプシャフト周りにシール不良を起こしやすい。

特に、回転ポンプがポンプ研磨剤流体およびスラリーを送出する場合は、ポンプシャフトシールの摩耗、および、最終的にはシャフトシールの故障、修繕の要請、ポンプの補修および／または交換を頻繁かつ早期に招来し、望ましくないことがある。このようなポンプの機能不全および／または故障は、稼働停止（ダウンタイム）による高額な損失およびメンテナンスを必要とし、時間および費用を喪失することになるために望ましくない。

当技術分野では、かなりの深さで使用される液体中ポンプが知られており、このような液体中ポンプには、一般的にポンプシールの両側の圧力のバランスをとるための空気又は他の流体圧力の外部源を必要とする圧力補償シールを使用することができる。このような一般的な外部圧力源があると、圧力補償された液体中ポンプが複雑になり、かつ、費用を増大させ、ポンプシステムの外部の圧力補償装置にも信頼性が必要とされるために好ましくなく、低コスト、信頼性とシンプルさが望まれている多くの用途において望ましくない。

したがって、当技術分野において知られたいくつかのポンプシールの課題を解決するために、回転ポンプシールおよびその適用方法の改良が依然として望まれている。

本発明は、従来技術のいくつかの欠点に対処する一体型加圧ポンプシール組立体を提供することを目的とする。

本発明は、さらに、従来技術のいくつかの欠点に対処する一体型加圧ポンプシール組立体の使用方法を提供することを目的とする。

一実施形態において、一体型加圧ポンプシール組立体のポンプ設計は、望ましくは実質的に、研磨剤流体やスラリーのような圧送流体が、一般的なメカニカルシャフトシールのような下部シールを通る漏出によって、回転ポンプシャフトに沿ってポンプシャフトベアリングに漏れ出すのを防止するように提供されてもよい。一般的に、メカニカルシールは、メカニカルシールの設計上、必然的に、少量のオイルまたは他のシール潤滑流体を漏出する可能性があり、システムに不調が生じやすい。本発明に係る一実施形態では、自己加圧ポンプのシール室は、一体型加圧ポンプシール組立体内に設けられており、ポンプシール室内のオイルの圧力が、周囲の圧送流体のサンプ（油溜め）圧力よりも大きい圧力に望ましくは維持される。これにより、通常の運転状態下およびポンプの運転停止や運転開始のようなルーチンアップセット下において、砂粒、湿気および／または他の汚染物がシール組立体に入り、シール組立体に損傷を与えないようにすることができ、望ましくは、このためシール組立体の致命的な故障を除くほどんどの状態下で、ポンプシールとベアリングとの保護を望ましくは提供することができる。したがって、本発明の一実施形態に係る一体型加圧ポンプシール組立体の実施によって、ポンプ使用者におけるメンテナンスコストと停止時コストを望ましくは低減することができる。

本発明のさらなる実施形態において、オイル貯留部と、ポンプシャフトに直接固定され、ポンプシャフトによって回転可能であり、上記オイル貯留部からオイルを受け入れるように流体接続された一体型遠心オイルポンプ、および、上記遠心オイルポンプから加圧オイルを受け入れるように流体接続され、上記オイルによって潤滑されるように適合されたポンプシャフトベアリングと、上記ポンプシャフトを囲み、圧送流体の浸入に対してシール室を密封するように適合されたメカニカルシャフトシールを備えるシール室と、を備える回転流体ポンプのための一体型加圧ポンプシャフトシール組立体が提供される。

さらに別の実施形態では、上記一体型加圧ポンプシャフトシール組立体は、第１のメカニカルシャフトシールと第２のメカニカルシャフトシールとを備えてもよい。

本発明に係る他実施形態において、回転流体ポンプは、ポンプモーターと、上記ポンプモーターおよびポンプインペラに接続されたポンプシャフトと、を備え、上記ポンプシャフトに接続するために適合された一体型ポンプシール組立体を更に備えており、上記一体型ポンプシール組立体は、オイル貯留部と、ポンプシャフトに直接固定され、ポンプシャフトによって回転可能であり、上記オイル貯留部からオイルを受け入れるように流体接続された一体型遠心オイルポンプと、遠心オイルポンプから加圧オイルを受け入れるように流体接続され、上記オイルによって潤滑されるように適合されたポンプシャフトベアリングと、上記ポンプシャフトを囲み、圧送流体の浸入に対してシール室を密封するように適合されたメカニカルシャフトシールと、を備えるシール室と、を備えている。

本発明に係るさらに別の実施形態では、回転流体ポンプ内でのシール不良を防止する方法であって、オイル貯留部と、ポンプシャフトに直接固定され、ポンプシャフトによって回転可能とされ、上記オイル貯留部からのオイルを受け入れるように流体接続された一体型遠心オイルポンプと、上記遠心オイルポンプから加圧オイルを受け入れるように流体接続され、上記オイルによって潤滑されるように適合されたシャフトベアリングを備えるシール室と、上記ポンプシャフトを囲み、圧送流体の浸入に対して上記シール室を密封するように適合されたメカニカルシャフトシールと、を備える一体型加圧ポンプシャフトシール組立体を備える回転流体ポンプを提供する工程と、
ポンプモーターで上記ポンプシャフトを回転することによって、上記回転流体ポンプを運転する工程であって、上記シール室内への圧送流体の浸入を防止するために、上記シール室内のオイルを加圧するための上記一体型オイルポンプを直接回転させる工程と、を備える。

本発明の更なる効果は、詳細な説明と組み合わせて図面を考慮すると明らかになるであろう。

以下、本発明のいくつかの実施形態の装置及び方法を添付の図面を参照しながら説明する。
本発明の一実施形態に係る一体型加圧ポンプシャフトシール、および、上記一体型加圧ポンプシャフトシールを備える本発明の他実施形態に係るポンプ装置の概略図である。 本発明の一実施形態に係る一体型加圧ポンプシャフトシールであって、それを備える本発明の他実施形態に係るポンプ装置の部分である一体型加圧ポンプシャフトシールの長手方向の断面図である。 本発明の一実施形態に係る一体型加圧ポンプシャフトシール内部の詳細であって、それを備える本発明のさらなる実施形態に係るポンプ装置の部分である一体型加圧ポンプシャフトシールの流路長手方向の断面図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２の概略図が示されており、また、それを備える本発明の他実施形態に係るポンプ装置１００が示されている。一実施形態において、ポンプ１００は、例えば流体、流体／固体懸濁物およびスラリーのうちの一つまたは複数を送出するためのスラリー用又は他の流体用の回転ポンプを備えてもよい。特定の実施形態において、ポンプ１００は、例えば半液体中スラリーポンプのような液体中または半液体中ポンプを備えてもよく、例えば、電気ポンプモーター１０１のようなポンプモーターと、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２のような一体型加圧ポンプシャフトシールと、ポンプインペラ／室組立体または「ウェットエンド」１０３とを備えてもよい。このような一実施形態において、例えば、電気ポンプモーター１０１は、ポンプシャフト１１２を用いてポンプインペラ組立体１０３を駆動し、ポンプシャフト１１２は、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２を通って延び、上部シャフトベアリング１１８および下部シャフトベアリング１０８によって支持されてもよい。

一実施形態では、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２は、少なくとも一つのメカニカルシャフトシールを備え、メカニカルシャフトシールは、例えば上部シール面１０７および下部シール面１１７を備えたシールであり、上部シール面１０７および下部シール面１１７は、上部シール面１０７と下部ポンプシャフトベアリング１０８とを囲むシール室１０５内に位置付けられ、シール室１０５には、オイル、または、適切なシールおよび／またはベアリングを潤滑する流体が充填されている。好ましい実施形態では、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２は、上部メカニカルシール１０７及び下部メカニカルシール１１７を備えた二重メカニカルシール配列を備え、それぞれは、ポンプシャフト１１２にメカニカルシャフトシールを提供するために、回転接触してシールするように作用する２つのメカニカルシール面を備える。メカニカルシール１０７，１１７は、任意の適切なメカニカルシールの設計および／または材料を備えてもよく、例えば、シリコンカーバイドおよび／またはタングステンカーバイドのシール面を含むような材料を備えてもよく、本発明の一実施形態では、上部および下部メカニカルシール１０７，１１７は、それぞれ、例えばカートリッジメカニカルシールとして設けられてもよい。例えば、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２は、メカニカルシール１０７，１１７を含み、さらにオイル（または、例えば、他の適したシールおよび／または軸受潤滑流体）を含有するシール室１０５を備え、シール室１０５は、シール室１０５の外側の周囲圧力またはサンプ圧力を超えた陽圧となるように望ましくは加圧されてもよく、これにより、下部シャフトベアリング１０８を収容および保護し、かつ、ポンプモーター１０１を保護するシール室１０５に液体中ポンプウェットエンド１０３からの圧送スラリー、流体または他の汚染物が入ることを防止してもよい。例えばまた、一実施態様では、上部メカニカルシール１０７および下部メカニカルシール１１７は、液体中ポンプのウェットエンド１０３からの圧送スラリー、流体または他の汚染物への曝露から、ポンプモーター１０１およびその他ポンプにおける「ドライエンド」内のポンプ構成物を望ましくは保護することができる。

一実施形態では、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２は、ポンプシャフト１１２に望ましくは直接に取り付けられ、ポンプシャフト１１２と一体化するオイルポンプ１０４をさらに備え、オイルポンプ１０４が回転され、それによりポンプシャフト１１２によって直接動力が提供されるようにオイルポンプ１０４がポンプシャフト１１２に直接に取り付けられ、ポンプシャフト１１２と一体化されてもよい。例えば、一実施形態では、オイルポンプ１０４は、放射状孔インペラポンプのような遠心インペラポンプ１０４を備えており、該インペラポンプは、ポンプシャフト１１２と一体化され、ポンプシャフト１１２によって回転される。該一実施形態では、オイルポンプ１０４は、周囲のサンプ圧力またはポンプのウェットエンド１０３内部またはシール室１０５外部の圧送流体（例えば、スラリー）圧力よりも高い圧力に、シール室１０５を望ましくは加圧するために、シール室１０５内にオイル陽圧を提供するように作動可能である。これにより、スラリーのような圧送流体がシール室１０５、上部メカニカルシール１０７および下部メカニカルシール１１７に入るのを排除し、そして、ベアリング１０８またはポンプモーター１０１の汚染および／または損傷を望ましくは防止することができる。特定の一実施形態では、例えば、加圧されたシール室１０５が、例えばウェットエンド１０３における圧送流体またはスラリーの周囲圧力のようなシール室１０５の外部の圧送流体の周囲圧力よりも約１０から５０ｐｓｉだけ超えた陽圧となるようにオイルポンプ１０４によって望ましくは加圧されてもよい。一実施形態では、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２は、さらにオイル貯留部１０６を備え、オイル貯留部１０６は一般的にシール室１０５の上方に位置し、サンプ圧力またはシール室１０５の外部の圧送流体またはスラリーの外部圧力を超えた陽圧にシール室１０５を加圧し、供給するためのオイル（または、他の適したシールおよび／またはベアリング潤滑流体）を含有し、該オイルをオイルポンプ１０４に供給するように作動可能である。特定の一実施形態において、例えば放射状孔遠心インペラポンプ等のオイルポンプ１０４は、例えば、保持ロックナットを用いてオイルポンプ１０４をシャフト１１２に保持することによって、ポンプシャフト１１２に固着されて一体化されてもよい。さらなるこのような実施形態では、ポンプモーター１０１によるポンプシャフト１１２の回転により、一体型オイルポンプ１０４を回転させるように、一体型オイルポンプ１０４、ベアリング１０８、および必要に応じてシャフトスリーブ（図示せず）が、例えば、公知の保持ロックナットによってポンプシャフト１１２に取り付けられてもよい。特定の実施形態において、ベアリング１０８は、オイルポンプ１０４によって室１０５内で加圧されたオイルまたは別の適切な潤滑流体がベアリング１０８に潤滑性を提供できるように、シール室１０５に開かれていてもよい。さらなるこのような実施形態において、ベアリング１０８は、例えば、メカニカルシール１０７，１１７の故障が生じた場合のように、シール室１０５が圧力を失い、オイルが少なくとも部分的に流出されても、ベアリング１０８を潤滑するための剰余オイルを保持できるベアリングオイルプールまたはベアリングオイル貯留部を含むことができるベアリング筺体（図示せず）を備えてもよい。特定の実施形態では、望ましくは、上部および下部メカニカルシール１０７，１１７は、加圧されたシール室１０５とシール室１０５の外部の圧送流体のより低い周囲圧力との間の所望の圧力差を密封調整するように構成されてもよい。

一実施形態では、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２は、さらに、一体型オイルポンプ１０４と加圧されたシール筺体１０５との間に位置付けられるチェックバルブ１０９を備えている。このような特定の実施形態では、チェックバルブ１０９は、シール室１０５から一体型オイルポンプ１０４を通ったオイル貯留部１０６へのオイルの逆流を妨げるように望ましくは作動可能としてもよく、さもなければ、例えばポンプモータ１０１の停止時に逆流が発生し、そのため、メカニカルシール１０７，１１７の最終的な故障につながるオイル貯留部１０６の汚染が発生する可能性があるために望ましくない。メカニカルシール１０７，１１７は、回転ポンプ１００の長期間の使用で摩耗し、かつ、最終的に故障しやすいから、通常作動時には、加圧されたシール室１０５によって圧送流体のメカニカルシール１０７，１１７への浸入が排除できたとしても、下部メカニカルシール１１７の故障の検出時には、チェックバルブ１０９が閉鎖するように作動可能とされてもよく、例えば、圧送流体および／または湿気が、一体型オイルポンプ１０４を通ってオイル貯留部１０６に入るのを防止することができる。このような実施形態の一つにおいて、チェックバルブ１０９は、シール室１０５の圧力が所定の圧力最低値を下回った場合に閉鎖することができるように圧力作動弁を備えることができ、これにより、このようなバルブ１０９の閉鎖がオイル貯留部１０６への流体の流入を望ましくは減少させ、または、妨害することができる。他のこのような実施形態において、下部メカニカルシール１１７の故障を検知するように作動可能なセンサ（図示せず）が設けられてもよく、センサは、このような故障に基づき、チェックバルブ１０９の閉鎖を開始するトリガーとして機能することができる。また、他実施形態では、使用者に下部メカニカルシール１１７の故障を知らせるためのアラームまたは他の適切な表示（例えば、表示灯または信号）を開始するトリガーとして機能するセンサが設けられてもよい。また、さらなる任意の実施形態において、一つまたは複数のセンサが、上部または下部メカニカルシール１０７，１１７の故障；オイル貯留部１０６内の少ないオイル量；シール室１０５内への水および／または湿気の浸入；所定の最低レベルを下回るシール室１０５内のオイル圧力の低下；故障の一つ又は複数を検出するように設けられてもよく、このようなセンサは、さらに、一又は複数のこのような欠陥を使用者に知らせるために、アラームまたは他の適当な指示を開始するトリガーとなるように作動可能とされてもよい。

本発明の他実施形態において、ポンプ装置１００は、オイルポンプ１０４からの圧力によりオイル貯留部１０６からのオイル（または他の適切な潤滑流体）を循環させるためのジャケットのように冷却ジャケット１１１をさらに備えてもよく、冷却ジャケット１１１により、ポンプモーター１０１（例えば、一般的な電気ポンプモーター１０１）を冷却する。このように例えば半液体中ポンプ内で使用するような一実施形態において、オイル貯留部１０６からのオイルは、外部の周囲流体圧力を超える陽圧でシール室１０５を加圧するために、ポンプシャフト１１２の回転によって駆動される一体型オイルポンプ１０４によってシール室１０５内に送り出されてもよく、ポンプモーター１０１の少なくとも一部を囲む冷却ジャケット１１１にシール室１０５内のオイルの一部が望ましくは循環されるように減圧バルブ１１０（通常、開かれている）を経てもよい。シール室１０５から減圧バルブ１１０を経て冷却ジャケット１１１に至り、オイルポンプ１０４を通ってシール室１０５に戻る前にオイル貯留部１０６に戻るこのようなオイルの循環は、ポンプモーター１１１からシール室１０５に熱を循環することができ、循環されたオイルは、シール室１０５の外部に位置する周囲圧送流体を取り囲む一般的な冷却機によって冷却されてもよい。例えば、このような実施形態の一つにおいて、望ましくは、バルブ１１０と冷却ジャケット１１１を通るようにオイルの流れを制限および／または制御することによって、減圧バルブ１１０が所定の陽圧最小値を維持するように構成されてもよく、シール室１０５の圧力は、該所定の陽圧最小値に、または、該所定の陽圧最小値を超えるように維持される。特定の実施形態において、シール室１０５の周囲を囲む任意の筺体（図示せず）およびシール室１０５は、望ましくは、シール室１０５内のオイルから（および、任意でオイル貯留部１０６からも）室１０５および／または筺体の外部に位置する圧送流体への放熱させるように、適切な熱伝導性材料で構成されてもよく、例えばアルミニウムで構成される。このような実施形態の一つにおいて、シール室１０５の壁、および／または、さらに任意のシール室筺体は、さらに、オイル室１０５から室の外部の周囲圧送流体への放熱を改善するような冷却フィンまたは他の適する構造体を含んでもよい。

また、上述のチェックバルブ１０９と同様に、下部メカニカルシール１１７の故障の検出に基づいて、減圧バルブ１１０が閉鎖するように作動可能として、圧送流体および／または湿気が冷却ジャケット１１１に流入するのを避けるようにしてもよい。このような実施形態の一つにおいて、センサ（図示せず）は、下部メカニカルシール１１７の故障を検出し、このような故障時に減圧バルブ１１０を閉鎖させるトリガーとして機能するように作動可能に設けられてもよい。また、別の実施形態では、センサは、下部メカニカルシール１１７の故障を使用者に通知するアラームまたは他の適切な表示（例えば、指示灯または信号のような）を作動できるように設けられてもよい。さらなる実施形態において、下部メカニカルシール１１７の故障後に、上部メカニカルシール１０７は、ポンプが修理および／または交換されるまで、湿気、圧送流体または他の汚染物がポンプモーター１０１に、および、シール室１０５およびベアリング１０８に浸入することを防止するように望ましくは作動可能としてもよい。他実施形態において、例えばシール室１０５内のオイルの汚染に対する追加的保護を望ましくは提供し、ベアリング１０８のベアリング寿命を延ばすするために、任意のオイルフィルター（図示せず）が、シール室１０５とチェックバルブ１０９との間に、または、オイル貯留部１０６とオイルポンプ１０４との間に設けられてもよい。さらに他実施形態において、オイルポンプ１０４は、上部メカニカルシール１０７および下部メカニカルシール１１７の両方が、故障に続いてオイル貯留部１０６に流入する流体（例えば、汚染する圧送流体または他の汚染物を含む）をシール室１０５に後退させ、該流体がポンプモーター１０１から離れるようにオイルポンプ１０４をポンピングすることによって、ダイナミックシールとして望ましくは機能することができる。これにより、望ましくは、そのような流体がポンプモーター１０１に入り潜在的に損傷を与えることを防止し、ポンプモーター不良に対する追加的な保護を提供する。さらなる実施形態では、一体型加圧シール組立体１０２は、ポンプ１００の中断、不調または電源異常を受けた場合、シール室１０５内の陽圧を望ましくは漸減させて、シール室内の圧力が所定の圧力最低値を下回るようにしてもよい。例えば、これは、逆止弁１０９を閉鎖することによって、シール室１０５内の陽圧を漸減させ、その後、メカニカルシール１１７，１０７を通ってシール室１０５内の加圧オイルを徐々に流出させるようにシール室１０５およびオイル貯留部１０６からの圧送流体の排出を望ましくは維持することによって行ってもよい。これにより、例えば、ベアリング１０８とポンプモーター１０１とがそれぞれ保護される。

本発明の一実施形態において、一体型加圧シール組立体１０２は、加圧されたオイルディフューザー（図示せず）をさらに備えてもよく、例えば、オイルディフューザーは、シール室１０５が外部の周囲流体圧力に対して所定の陽圧となるようにオイルポンプインペラ１０４によって送り出されるオイルの流体速度がシール室１０５を加圧するための静圧に望ましくは変換されるように、オイルポンプ１０４インペラと加圧されたシール室１０５との間に位置付けられる。このような実施形態の特定の例において、例えば、一体型加圧シール組立体１０２は、さらに、シャフトベアリング１０８を含有するベアリング筺体（図示せず）をシール室１０５内に備える。ベアリング筺体は、オイルポンプインペラ１０４からの加圧ポンプオイルを受け入れ、ポンプオイルの流体速度をシール室１０５の静圧に変換するためのディフューザーを含む。さらなるこのような実施形態において、例えば、ディフューザーは、少なくとも一つの分割および案内チャネル（図示せず）であって、追加のオイル流を減圧バルブ１１０内に方向転換させ、および／または、向かわせるように配向され、それにより冷却ジャケット１１１へのオイル流を増加させるチャネルをさらに含んでもよい。他の任意の実施形態において、例えば、オイルポンプ１０４は、さらに、シール室１０５の外部のサンプ（油溜め）にポンプ１０４によって加圧されたオイルの一部を放出するように作動可能な一つまたは複数の通気チャネルを備えてもよく、これによりシール室１０５の過圧力を望ましくは減少させる。

本発明の他実施形態において、シール室１０５は、一つまたは複数の邪魔板または他の適切な流れ方向付け構造（図示せず）を備えてもよく、これは、一つまたは複数の上部メカニカルシール１０７及び下部メカニカルシール１１７のシール面近傍におけるポンプオイルのエアポケットまたはキャビテーションの生成および／または渦を望ましくは減少させるのに効果がある。例えば、任意の実施形態において、放射状遠心インペラポンプ１０４等のオイルポンプ１０４は、ポンプシャフト１１２に一体型オイルポンプ１０４によるポンプシャフト１１２の軸方向スラスト荷重が一方向に望ましくは配向され、ポンプシャフト１１２の一つまたは複数の他の軸方向スラスト荷重とは反対の方向に、例えばポンプ１００のウェットエンド１０３によるスラスト荷重の反対の方向に作用するように、ベアリング１０８，１１８によって支えられたシャフト１１２への軸方向のスラスト荷重の不均衡を減少するように配向されてもよい。かなりの深さに潜液するために使用されるポンプに関する他実施形態において、一体型加圧ポンプシール組立体１０２は、圧力補償装置（図示せず）を望ましくは備えてもよく、圧力補償装置は、シール室１０５の陽圧がシール室１０５の外部の周囲流体圧力を超えて維持されるように、加圧されたシール室１０５内の操作オイル圧を制御して増加させるように作動可能である。別の任意の実施形態では、オイル貯留部１０６は、さらに、排気弁（図示せず）を備えてもよく、さもなければ、組立体１０２のオイル貯留部／ポンプ／シール室オイル加圧システムを不必要にエアロックする可能性がある。また、そのような実施形態の選択的な例として、排気弁は、貯留部１０６内の補助を緩和するものであり、例えば、排気弁は、組立体１０２にオイルを充填し、および／または、入れ替える時に、オイル貯留部１０６から排気がされるように、オイル貯留部１０６にオイルを追加するのを補助するものでもよい。さらなる他の選択的実施形態において、排気弁は、所望により、貯留部１０６に空気が入ることを許容するものでもよい。

本発明の一実施形態において、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２を備える回転流体（および／またはスラリー）ポンプ１００が提供され、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２は、ベアリング１０８およびポンプモーター１０１を保護するために、所望のポンプモーター１０１およびインペラ組立体／ウェットエンド１０３と共に使用するために構成され、または、適合されている。本発明のさらなる他実施形態において、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体１０２を備える回転流体（および／またはスラリー）ポンプ１００の使用方法が提供され、回転流体（および／またはスラリー）ポンプ１００の使用方法は、ポンプ１００の運転によって、ポンプモーター１０１によってポンプシャフト１１２を回転させることで、一体型オイルポンプ１０４をも直接回転させて、オイル室１０５内のオイルを加圧するものであり、ポンプ１００内のシール不良を望ましくは防止し、および／または、減少させるために加圧するものである。さらなる実施形態において、シール不良を防止する方法が提供されており、該方法は、一体型加圧ポンプシャフト組立体１０２を備える回転流体（および／またはスラリー）ポンプ１００を提供する工程を備え、ポンプモーター１０１によってポンプシャフト１１２を回転させることなどによるポンプ１００の運転が、一体型オイルポンプ１０４を直接回転させて、オイル室１０５内のオイルを加圧するものであり、シール室１０５内および／またはメカニカルシール１０７，１１７内への外部流体の浸入を防止し、および／または、減少させるための方法である。

ここで図２を参照すると、一体型加圧ポンプシャフト組立体２００を備える回転流体（および／またはスラリー）ポンプの一部の長手方向の断面図が示されている。図１において概略的に示された本発明の実施形態と同じように、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体２００は、一体型遠心オイルポンプ２０４とシール室２０５とを備える。一体型遠心オイルポンプ２０４は、ポンプシャフト２１２に直接固定され、ポンプシャフト２１２と一体化され、一体型オイルポンプ２０４の上方のオイル貯留部２０６とポンプシャフトベアリング２０８を収容できるシール室２０５との間に位置し、シール室２０５は、ポンプシャフトベアリング２０８を収容し、一体型オイルポンプ２０４の下方に位置している。一体型オイルポンプ２０４は、シール室２０５外の周囲圧送流体圧力よりも大きい陽圧でシール室２０５を加圧するために、オイル貯留部２０６からシール室２０５にオイルを押し出すように操作可能である。一実施形態において、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体２００は、上部メカニカルシール２０７および下部メカニカルシール２１７を備える二重メカニカルシール配列を備え、各々がポンプシャフト２１２にメカニカルシャフトシールを提供するために、互いに回転接触してシールするように作用する２つのメカニカルシール面を備える。メカニカルシール２０７，２１７は、適切なメカニカルシール設計および／材料を備えてもよく、例えば、シリコンおよび／またはタングステンカーバイドシール面等を備えることができる。本発明の一実施形態において、上部メカニカルシール２０７と下部メカニカルシール２１７とは、例えば、それぞれがカートリッジメカニカルシールとして設けられてもよい。一体型加圧ポンプシャフトシール組立体２０２は、メカニカルシール２０７および２１７を含み、さらにオイル（または、例えば他の適切なシールおよび／またはベアリング潤滑流体）を含有するシール室２０５を備える。例えば、シール室２０５は、シール室２０５外部の周囲圧力またはサンプ圧力を超える陽圧で加圧されてもよく、これにより、下部シャフトベアリング２０８およびオイル貯留部２０６を収容保護するシール室２０５に外部から圧送スラリー、流体またはその他の汚染物がシール室２０５に入るのを望ましくは防止することができ、オイル貯留部２０６の上方に位置するポンプモーターも望ましくは保護することができる。

特定の実施形態において、オイルポンプ２０４は、放射状孔遠心インペラポンプを備えてもよく、ポンプシャフト２１２に直接固定され、ポンプシャフト２１２と一体化されていてもよく、例えば、オイルポンプ２０４の固着、一体化は、オイルポンプ２０４を保持ロックナットを用いてシャフト２１２に保持することによって行われる。さらなるこのような実施形態において、一体型オイルポンプ２０４とポンプシャフトベアリング２０８と任意でシャフトスリーブとが、ポンプシャフト２１２に公知の保持ロックナットによって固着されていてもよく、例えば、ポンプモーター（図示せず）によるポンプシャフトの回転が一体型オイルポンプ２０４を直接回転させるようにされる。さらなる実施形態において、ポンプシャフトベアリング２０８は、少なくともシール室２０５に実質的に開かれていてもよく、一体型オイルポンプ２０４によって室２０５で加圧されたオイルまたは他の適切な潤滑流体がベアリング２０８を潤滑させることができる。さらに、このような実施形態において、例えば、ベアリング２０８は、メカニカルシール２０７，２１７の故障時にシール室２０５が圧力を失い、シール室２０５のオイルに少なくとも部分的な損失が生じても、ベアリング２０８を潤滑するための剰余のオイルを保持できるベアリングオイルプールまたは貯留部を備えるベアリング筺体（図示せず）を備えてもよい。特定の実施形態において、また、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体２００は、例えば、オイル貯留部２０６およびポンプシャフト２１２の間に位置する少なくとも一つのリップシール２１８であって、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体２００と組立体の上方のポンプモーター２０２との間にさらにシール障壁を提供するリップシール２１８を備えてもよく、メカニカルシール２０７，２１７両方の故障に続く外部流体の浸入に対するポンプモーターの更なる保護を望ましくは提供してもよい。

一実施形態において、シール室２０５は、メカニカルシール２０７，２１７を支持して、シール室２０５およびポンプシャフトベアリング２０８を取り囲むようなシール室筺体２２０をさらに備えてもよい。そのような実施形態の一つにおいて、例えば、シール室筺体２２０は、望ましく高い熱伝導性がある耐久性材料を望ましくは備えることができ、例えば、シール室２０５内部の加圧オイルから圧送流体（例えばサンプ内の圧送流体のような）に効果的な熱移動を有利にさせることができ、室２０５内部の加圧オイルを望ましくは冷却することができる。

図３を参照すると、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体３００を備える回転流体（および／またはスラリー）ポンプの一部の内部詳細の流路長手方向の断面図が示されている。図１および図２に示され、上記された本発明の実施形態と同じように、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体３００は、ポンプシャフト３１２に直接固定され、ポンプシャフト３１２と一体化され、一体型オイルポンプ３０４の上方のオイル貯留部３０６と、ポンプシールベアリング３０８を含有し、一体型オイルポンプ３０４の下方に位置するシール室３０５と、の間に位置する一体型遠心オイルポンプ３０４を備える。例えば、一体型オイルポンプ３０４は、シール室３０５外部の周囲流体圧力よりも大きい陽圧で、シール室３０５を加圧するために、オイル貯留部３０６からシール室３０５にオイルを押し出すように作動可能である。一実施形態において、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体３００は、例えば、図２に示され、上述されたのと実質的に同様の二重メカニカルシール配列とを備え、シール室３０５の外部の周囲またはサンプ圧力を超える陽圧で、シール室３０５がオイル（および／または、例えば他の適切なベアリング潤滑流体）で加圧されるように、かつ、それにより、シール室３０５の外部からの圧送スラリー、流体または他の汚染物が、下部シャフトベアリング３０８とオイル貯留部３０６とを含有保護するシール室３０５に入るのを望ましくは防止でき、また、オイル貯留部３０６の上方に位置するポンプモーターを保護することができる。

特定の実施形態において、オイルポンプ３０４は、放射状孔遠心インペラポンプを備えてもよく、ポンプシャフト３１２に直接固定され、ポンプシャフト３１２と一体化されてもよい、例えば、オイルポンプ３０４の固着、一体化は、保持ロックナットを用いることで、シャフト３１２にオイルポンプ３０４を保持することにより行う。さらなるこのような実施形態において、一体型オイルポンプ３０４は、例えば、公知の保持ロックナットによってポンプシャフト３１２に固着することができるポンプシャフトベアリング３０８、および任意的にシャフトスリーブ（図示せず）も備えてもよく、ポンプモーターによるポンプシャフト３１２の回転は一体型オイルポンプ３０４を直接回転させる。さらなる実施形態において、ポンプシャフトベアリング３０８は、シール室３０５に少なくとも実質的に開かれていてもよく、一体型オイルポンプによって室３０５内で加圧されたオイルまたは他の適した潤滑流体がベアリング３０８に提供されてもよい。他のこのような実施形態において、ベアリング３０８は、例えば、シール室３０５の底を密封するメカニカルシールの故障が生じた場合のように、シール室３０５が圧力を失い、少なくともオイルが部分的に流出されても、ベアリング３０８を潤滑するための剰余のオイルを保持できるベアリングオイルプールまたは貯留部を備えるベアリング筺体（図示せず）を望ましくは備えてもよい。特定の実施形態において、また、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体３０２は、一体型加圧ポンプシャフトシール組立体３００と組立体３００の上方のポンプモーターとの間に、さらなるシール障壁を望ましくは提供し、オイル貯留部３０６とポンプシャフト３１２との間に位置する少なくとも一つのリップシール３２５を備えてもよく、これにより、メカニカルシールの故障に続いて起こる外部流体の侵入に対して、ポンプモーターにさらなる保護を提供してもよい。

本発明の一実施形態において、一体型加圧シール組立体３００は、一体型オイルポンプ３０４と加圧されたシール室３０５との位置するチェックバルブ３０９をさらに備える。特にこのような実施形態において、チェックバルブ３０９は、シール室３０５から一体型オイルポンプ３０４を通ったオイル貯留部３０６へのオイルの逆流を妨げるように作動可能としてもよく、さもなければ、例えばポンプモータの停止時に逆流が発生し、望ましくないオイル貯留部３０６の汚染によるシール室３０５下方のメカニカルシールの最終的な故障につながる可能性がある。通常作動時に、圧送流体がメカニカルシールに入るのを排除できる加圧シール室３０５の支援があっても、特に、研磨剤スラリーの送り出し時のような特に激しい作動時において、メカニカルシールが回転ポンプの長期間の使用で摩耗し、かつ、終局的に故障しやすいから、チェックバルブ３０９は、メカニカルシールの故障の検出時に閉鎖するように作動可能とされてもよく、例えば一体型オイルポンプを通って、圧送流体および／または湿気がオイル貯留部３０６に入るのを望ましくは避けることができる。このような実施形態の一つにおいて、チェックバルブ３０９は、シール室３０５の圧力が所定の圧力最低値を下回った場合に閉鎖することができるように圧力作動弁を備え、これにより、このようなバルブ３０９の閉鎖がオイル貯留部３０６への流体の流入を望ましくは減少または妨げることができる。このような実施形態の別の態様において、シール室３０５の下方のメカニカルシールの故障を検知するように作動可能なセンサ（図示せず）が設けられてもよく、このような故障に基づき、チェックバルブ３０９の閉鎖を開始するトリガーとして機能することができる。また、他実施形態では、使用者にメカニカルシールの故障を知らせるためのアラームまたは他の適切な表示（例えば、表示灯または信号）を開始するトリガーとして機能するセンサが設けられてもよい。また、さらなる任意の実施形態において、一つまたは複数のセンサが、メカニカルシール（図示せず）の故障；オイル貯留部３０６内の低いオイル量；シール室３０５内への水および／または湿気の浸入；所定の最低レベルを下回るシール室３０５内のオイル圧力の低下；故障の一つ又は複数を検出するように設けられてもよく、このようなセンサは、さらに、一又は複数のこのような欠陥を使用者に知らせるために、アラームまたは他の適当な指示を開始するトリガーとなるように作動可能とされてもよい。

本発明の他実施形態において、一体型加圧ポンプシール組立体３００は、オイルポンプ３０４からの圧力によりオイル貯留部３０６からのオイル（または他の適切な潤滑流体）を循環させるためのジャケットのように冷却ジャケット３２２をさらに備えてもよく、それにより、ポンプモーター（望ましくは、冷却ジャケット３２２内に少なくとも部分的に位置する）を冷却する。このように、例えば半液体中ポンプ内で使用するような一実施形態において、オイル貯留部３０６からのオイルは、外部の周囲流体圧力を超える陽圧でシール室３０５を加圧するために、ポンプシャフト３１２の回転によって駆動される一体型オイルポンプ３０４によってシール室３０５内に送り出されてもよく、シール室３０５内のオイルの一部は、ポンプモーターの少なくとも一部を囲む冷却ジャケット３２２に循環されるように減圧バルブ３１０（通常、開かれている）を経てもよい。このようなシール室３０５から減圧バルブ３１０を経て、その後冷却オイル供給導管３２７を経て冷却ジャケット３２２に至り、それから、冷却オイル返送導管３２８を通って、オイル貯留部３０６に返送されるオイルの循環は、一体型オイルポンプ３０４からの圧力下でシール室３０５への返送前に、望ましくはポンプモーターからシール室３０５に熱を循環させ、シール室３０５で、シール室３０５の外側に位置する周囲圧送流体、例えばサンプ３２９中の圧送流体を囲む一般的な冷却機によって冷却されてもよい。

そのような実施形態の一つにおいて、減圧バルブ３１０および冷却ジャケット３２２は、シール室３０５内の圧力を所定の陽圧の最低値に維持するように望ましくは構成されており、例えば、これは、減圧バルブ３１０を通るオイルの流れを制限し、および／または制御することにより行い、シール室３０５内の圧力を所望の陽圧の最低値に、または、最低値を超えて維持するために行われる。特定の実施形態において、シール室３０５およびシール室３０５の周囲を囲む任意の筺体（図示せず）は、シール３０５内のオイルから（および、任意でオイル貯留部３０６からも）室３０５および／または筺体の外部に位置する圧送流体、例えばサンプ３２９中の圧送流体に放熱が行われるように、適切な熱伝導性材料で望ましくは構成されてもよく、例えばアルミニウムで構成される。このような実施形態の一つにおいて、シール室３０５の壁、および／または、さらに任意のシール室筺体は、冷却フィンまたはオイル室３０５から室の外部の周囲流体への放熱を改善するような適切な他の構造体をさらに含んでもよい。

また、上述のチェックバルブ３０９と同様に、シール室３０５の下方のメカニカルシールの故障の検出に基づいて、減圧バルブ３１０が閉鎖するように作動可能として、圧送流体および／または湿気が冷却ジャケット３２２に流入するのを避けるようにしてもよい。このような実施形態の一つにおいて、センサ（図示せず）は、シール室３０５の下方のメカニカルシールの故障を検出し、このような故障時に減圧バルブ３１０を閉鎖させるトリガーとして機能するように作動可能に設けられてもよい。また、別の実施形態では、センサは、メカニカルシールの故障を使用者に通知するアラームまたは他の適切な表示（例えば、指示灯または信号のような）を作動できるように設けられてもよい。任意で、シール室３０５内のオイルの汚染に対する追加的保護を望ましくは提供し、ベアリング３０８のベアリング寿命を延ばすするために、オイルフィルター（図示せず）が、シール室３０５とチェックバルブ３０９との間に、または、オイル貯留部３０６とオイルポンプ３０４との間に、任意のオイルフィルター（図示せず）が設けられてもよい。

本明細書に記載の例示的な実施形態は、網羅的であること、または、開示された正確な形態に本発明の範囲を限定することを意図するものではない。それらは、その教示を当業者が理解するために考慮され、本発明の原理とその応用、及び、実用的な使用を説明するために選択され、記載されている。

前述の開示に照らして当業者に明らかなように、その範囲から逸脱することなく、本発明の実施において、多くの変更および修正が可能である。

Claims (12)

1. 回転流体ポンプ用の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体であって、
   オイル貯留部と、
   ポンプシャフトに直接固定されており、前記ポンプシャフトによって回転可能な一体型遠心オイルポンプであって、前記オイル貯留部からオイルを受け入れるように流体接続された一体型遠心オイルポンプと、
   前記遠心オイルポンプから加圧オイルを受け入れるように流体接続されたシール室と、を備え、
   前記シール室は、前記オイルによって潤滑されるように適合されたポンプシャフトベアリングと、前記ポンプシャフトを囲み、圧送流体の浸入に対して前記シール室を密封するように適合されたメカニカルシャフトシールと、を含む一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
2. 前記メカニカルシャフトシールは、第１のメカニカルシャフトシールおよび第２のメカニカルシャフトシールを備える請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
3. さらに、前記一体型遠心オイルポンプと前記シール室との間に位置するチェックバルブを備える請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
4. さらに、ポンプモーターを冷却するために適合された冷却ジャケットを備え、
   前記冷却ジャケットは、減圧バルブによって前記シール室に流体接続され、前記シール室から加圧オイルを受け入れるように適合された請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
5. さらに、前記メカニカルシャフトシールの故障を検出するように適合された少なくとも一つのセンサを備える請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
6. 前記センサは、さらに、前記オイルポンプと前記シール室との間に位置する少なくとも一つのチェックバルブと、前記シール室に流体接続された減圧バルブと、の閉鎖を引き起こすように適合された請求項５記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
7. さらに、前記ポンプシャフトベアリングを含有するベアリング筺体を備え、
   前記筺体は、前記オイルポンプから加圧オイルを受け入れ、前記加圧オイルの流体速度を静圧に変換するように適合されたディフューザーを備える請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
8. さらに、シール室筺体を備え、
   前記シール室筺体は、前記シール室を囲み、さらに、前記シール室内の前記加圧オイルを冷却するように適合された冷却フィンと、前記メカニカルシールの近傍において加圧オイル内の渦およびキャビテーションの少なくとも一方を減少させるように適合された邪魔板との一つまたは複数を備える請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
9. さらに、前記シャフトベアリングと前記オイルポンプとを前記ポンプシャフトに締め付けるように適合されたロックナットを備える請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
10. さらに、前記組立体の外側液体中圧力を補償するように適合された圧力補償装置を備える請求項１記載の一体型加圧ポンプシャフトシール組立体。
11. ポンプモーターと、前記ポンプモーターおよびポンプインペラに接続されたポンプシャフトと、を備え、前記ポンプシャフトに接続するために適合された請求項１記載の一体型ポンプシール組立体を更に備える回転流体ポンプ。
12. 回転流体ポンプ内でのシール不良を防止する方法であって、
    オイル貯留部と、ポンプシャフトに直接固定されており、前記ポンプシャフトによって回転可能な一体型遠心オイルポンプであって、前記オイル貯留部からオイルを受け入れるように流体接続された一体型遠心オイルポンプと、前記遠心オイルポンプから加圧オイルを受け入れるように流体接続されたシール室と、を備え、前記シール室は、前記オイルによって潤滑されるように適合されたポンプシャフトベアリングと、前記ポンプシャフトを囲み、圧送流体の浸入に対して前記シール室を密封するように適合されたメカニカルシャフトシールと、を含む一体型加圧ポンプシャフトシール組立体を備える回転流体ポンプを提供する工程と、
    ポンプモーターで前記ポンプシャフトを回転することによって、前記回転流体ポンプを運転する工程であって、前記ポンプシャフトは、前記シール室内への圧送流体の浸入を防止するために、前記シール室内のオイルを加圧するために前記一体型オイルポンプも同様に直接回転させる工程と、を備える方法。