JP2018066285A - 横軸両吸込渦巻ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプを長時間停止した後でも注水することなく起動でき、ポンプ吸込圧力が正圧と負圧の両条件でも対応可能な軸封部とすることができる横軸両吸込渦巻ポンプを提供する。【解決手段】主軸３がケーシング１を貫通する箇所に設けられる軸封部５は、ハウジング６と、ハウジング６内に並列して配置された２つの軸封シール７Ａ，７Ｂとからなり、軸封シール７Ａ，７Ｂは、複数のセグメント片が互いに接触してリング形状を形成し、外周に設けられたガータスプリング１０によりリング形状を保持する少なくとも１つのセグメントリング８，９と、セグメントリング８の端面をハウジング６の内端面に押圧するスプリング１１とを備え、セグメントリング８，９の内周面が主軸３に装着された軸スリーブ３５の外周面と摺接して軸方向に延びるシール面Ｓ１を形成し、セグメントリング８の端面がハウジング６の内端面に密接して半径方向に延びるシール面Ｓ２を形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、横軸両吸込渦巻ポンプに係り、特に主軸（ポンプ軸）がケーシングを貫通する箇所に設けられる軸封部への注水を不要とする無注水軸封シールを備えた横軸両吸込渦巻ポンプに関するものである。

横軸両吸込渦巻ポンプでは、主軸（ポンプ軸）がケーシングを貫通する箇所に設けられる軸封部に、一般的にグランドパッキンが用いられている。グランドパッキンは取り扱いが簡単で比較的安価であるが、吸込圧力が負圧の条件下ではグランド部に注水して空気の流入を防ぐため、ポンプ起動時及び運転時にはシール水が必要である。

農業用揚水ポンプとして横軸単段両吸込渦巻ポンプを用い、吸込圧力が負圧の条件下の際に、軸封部にグランドパッキンを用いると、下記(１)（２）の課題があった。
（１）農業用揚水ポンプは、通常、春から秋まで運用する。秋から次の春までの間は長期停止となる。この長期停止期間中にグランド封水管内部やグランド部等に錆が発生、成長し、次年度春先の初期運転時のグランド封水の供給を妨害する。このため、起動渋滞が起きる。
（２）上記のような農業用揚水ポンプ設備においては、先ずポンプケーシング内を満水にしてポンプを起動する。満水にする方法としてポンプケーシング及び主配管内の空気を真空ポンプにて排出する。そのときにグランドパッキン部からの空気の進入を防止するためにグランド部に注水（グランド封水）する必要がある。揚水ポンプ設備ではポンプ運転前に圧力水源が無いため、高架水槽を設置し、高位置より注水を行っている。高架水槽へは別途水中ポンプ等で水を供給する。

特開平７−１２２３６号公報

本発明者らは、上記（１）（２）の課題を解決するため、農業揚水ポンプの軸封部に、複数のセグメント片が互いに接触してリング形状を形成し、セグメント片の外周に設けられたガータスプリングによりリング形状を保持するセグメントリングを用いた無注水軸封シールを設置することを試みたものである。
しかしながら、農業用揚水ポンプは、河川水を揚水するために、河川近郊にポンプ場が設置されるので、大雨などにより河川の水位が異常に上昇すると、吸込側が正圧になる場合がある。また、河川水にはゴミや砂が混じっているため、無注水軸封シールの摺動部に河川水が流れ込むと、軸スリーブやシールの磨耗が早くなり、無注水軸封シールの寿命を縮め、また故障の原因となる慮がある。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ポンプを長時間停止した後でも注水することなく起動できる無注水軸封シールを用い、且、ポンプの吸込圧力が正圧と負圧の両条件でも対応可能な軸封部とすることができる横軸両吸込渦巻ポンプを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、ケーシング内に配置された両吸込羽根車と、該両吸込羽根車を回転駆動する主軸と、該主軸が前記ケーシングを貫通する箇所に設けられる軸封部とを備えた横軸両吸込渦巻ポンプにおいて、前記軸封部は、前記ケーシングに固定されたハウジングと、該ハウジング内に並列して配置された２つの軸封シールとからなり、前記各軸封シールは、複数のセグメント片が互いに接触してリング形状を形成し、複数のセグメント片の外周に設けられたガータスプリングにより該リング形状を保持する少なくとも１つのセグメントリングと、該セグメントリングの端面を前記ハウジングの内端面に押圧するスプリングとを備え、前記セグメントリングの内周面が前記主軸に装着された軸スリーブの外周面と摺接して軸方向に延びるシール面を形成し、前記セグメントリングの端面が前記ハウジングの内端面に密接して半径方向に延びるシール面を形成し、前記２つの軸封シールのうち一方の軸封シールは、前記羽根車側に配置され、吸込圧力が正圧であるときに正圧の液体が前記スプリングとともに前記セグメントリングの端面を前記ハウジングの内端面に押圧して軸封シールを行う正圧対応軸封シールを構成し、前記２つの軸封シールのうち他方の軸封シールは、大気側に配置され、吸込圧力が負圧であるときに大気の圧力が前記スプリングとともに前記セグメントリングの端面を前記ハウジングの内端面に押圧して軸封シールを行う負圧対応軸封シールを構成することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記各軸封シールは、相隣接する２つのセグメントリングを備え、一方のセグメントリングにおけるセグメント片が互いに接触している箇所と他方のセグメントリングにおけるセグメント片が互いに接触している箇所とは、軸方向に重ならないように円周方向にずれていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記主軸に、前記ハウジングにおけるケーシング側の端面と摺接する樹脂製のＶリングを装着したことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記軸スリーブの外周面に、前記２つの軸封シールの間の位置において、複数の突起からなるスリンガーを形成したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸スリーブの外周面に、前記正圧対応軸封シールより前記羽根車側の位置において、前記ハウジングの内周面と対向するラビリンスを形成したことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記ハウジングに、前記正圧対応軸封シールの周囲の空間に溜まる液体を外部に排出する排出流路を形成したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ハウジングに、前記スリンガーによって飛び散った液体を外部に排出する排出流路を形成したことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記排出流路に逆止弁を備えた排水管を接続したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記逆止弁は、前記吸込圧力が正圧であるときに開き、液体を外部に排出し、前記吸込圧力が負圧であるときに閉じることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプを長時間停止した後でも注水することなく起動できる無注水軸封シールを用い、且、ポンプの吸込圧力が正圧と負圧の両条件でも対応可能な軸封部とすることができる。したがって、以下に列挙する効果を奏する。
１）初期運転時のグランド封水が不必要となることから、高架水槽や高架水槽へ水を供給するための水中ポンプ等の設備が省略可能となる。
２）河川の水位上昇によりポンプ吸込室が正圧になったときに、正圧対応軸封シールがシールを行うことにより、主軸がケーシングを貫通する箇所の軸封を行うことができ、ポンプ吸込室から負圧対応軸封シール側への液体（河川水）の漏洩を防止できる。
３）ポンプ起動時にケーシング内を満水にするために真空ポンプにて真空排気してケーシング内が負圧のとき及びポンプ運転時の吸込圧力が負圧の条件下の際に、負圧対応軸封シールがシールを行うことにより、主軸がケーシングを貫通する箇所の軸封を行うことができ、ケーシング内への大気の流入を防ぐことができる。
４）軸封部に、Ｖリング及び／又はラビリンスを設けることにより、ポンプの吸込圧力が正圧時に、液体（河川水）が正圧対応軸封シールに流入することを抑制することができる。
５）軸スリーブの外周面に、正圧対応軸封シールと負圧対応軸封シールの間の位置において、複数の突起からなるスリンガーを形成しているため、正圧対応軸封シールから液体（河川水）がわずかに漏洩してきても、このスリンガーによる遠心力で液体を半径方向に飛び散らせることにより、液体が負圧対応軸封シールに流入することを防止できる。
６）軸封シールを収容するハウジングに、正圧対応軸封シールの周囲の空間に溜まる液体を外部に排出する排出流路及び／又はスリンガーによって飛び散った液体を外部に排出する排出流路を形成したため、ゴミや砂が混じっている液体（河川水）を外部に排出することができる。
７）前記排出流路に弁を備えた排水管を接続し、前記弁は、ポンプ吸込圧力が正圧であるときに開いて、液体を外部に排出し、ポンプ吸込圧力が負圧であるときに閉じる逆止弁から構成されるため、正圧時には液体（河川水）を排出し、負圧時には大気の流入を防止することができる。

図１は、本発明の横軸両吸込渦巻ポンプの一実施形態を示す縦断面図である。 図２は、図１に示す左側の軸封部およびその周囲の部材を示す縦断面図である。 図３は、図２の要部拡大半断面図である。

以下、本発明に係る横軸両吸込渦巻ポンプの実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の横軸両吸込渦巻ポンプの一実施形態を示す縦断面図である。図１に示すように、横軸両吸込渦巻ポンプは、上ケーシングＩＵと下ケーシングＩＬからなるケーシング１と、ケーシング１内に配置された両吸込羽根車２と、両吸込羽根車２を回転駆動する主軸（ポンプ軸）３とを備えている。両吸込羽根車２は、軸方向から液体を吸い込み半径方向に吐き出す遠心羽根車を背面対向させた形状になっている。両吸込羽根車２は、中央にある円板状の主板（仕切り板）２１と、主板２１の左右に配設された環状の側板２２，２２と、主板２１の両側面にそれぞれ配列された数枚の螺旋状の羽根２３とを備えたクローズド形の両吸込羽根車から構成されている。前記数枚の螺旋状の羽根２３は、主板２１と各側板２２とに挟持されている。

両吸込羽根車２の主板２１の中央部には、左右対称の肉厚部からなるボス部２１ａが形成されており、このボス部２１ａがキー３１により主軸３に固定されることにより、両吸込羽根車２が主軸３に固定されている。両吸込羽根車２の各側板２２の中央部には、前方に突出する円筒状の吸込部２２ａが形成されており、この吸込部２２ａの内部が吸込口２２ｓになっている。各側板２２の吸込部２２ａの外周側には、ライナーリング２５が配置されている。

ケーシング１内には、両吸込羽根車２の左右にポンプ吸込室４，４が形成されている。主軸（ポンプ軸）３は、ポンプ吸込室４，４を形成しているケーシング１の両側部を貫通して外部に延びており、主軸３がケーシング１の両側部を貫通する箇所には軸封部５，５が設置されている。主軸３の両端部は左右の軸受ユニット３２，３３により支持されている。ケーシング１の両側部に設置された左右の軸封部５，５は同一の構成であるため、以下においては一方の軸封部５のみ説明する。

図２は、図１に示す左側の軸封部５およびその周囲の部材を示す縦断面図である。図３は、図２の要部拡大半断面図である。図２および図３に示すように、軸封部５は、内ハウジング６ａと中間ハウジング６ｂと外ハウジング６ｃからなるハウジング６と、ハウジング６内に配置された２セットの軸封シール７Ａ，７Ｂとを備えている。ハウジング６はケーシング１に固定されている。羽根車側（ポンプ吸込室側）に配置された軸封シール７Ａは正圧対応軸封シールを構成し、大気側（軸受ユニット側）に配置された軸封シール７Ｂは負圧対応軸封シールを構成している。

図１に示す横軸両吸込渦巻ポンプのポンプ吸込室４，４は、通常、負圧である。しかしながら、横軸両吸込渦巻ポンプが農業用揚水ポンプとして使用される場合には、農業用揚水ポンプは、河川水を揚水するために、河川近郊にポンプ場が設置されるので、大雨などにより河川の水位が異常に上昇し、図１に示すポンプ軸心Ｏを越えて水位が上昇すると、吸込側、すなわちポンプ吸込室４が正圧になる。そこで、本発明においては、図２および図３に示すように、軸封部５に、正圧対応軸封シール７Ａと負圧対応軸封シール７Ｂとを設置したものである。正圧対応軸封シール７Ａと負圧対応軸封シール７Ｂは、構成（構造）は同一であるが、両者は中間ハウジング６ｂの中心部を基準として鏡面対称に配置されている。

正圧対応軸封シール７Ａは、複数のセグメント片からなり、該セグメント片が互いに接触してリング形状を形成する２つのセグメントリング８，９を備えている。本実施形態では、各セグメントリング８（又は９）は、４つのセグメント片から構成されており、各セグメント片は円の４分の１の円弧になっている。各セグメントリング８（又は９）の外周には、ガータスプリング１０が装着され、カット面で互いに接触してリング形状を維持するようになっている。セグメントリング８におけるカット面が互いに接触している箇所とセグメントリング９におけるカット面が互いに接触している箇所とは、軸方向に重ならないように円周方向にずれている。このように、ガータスプリング１０によりリング形状を維持しているセグメントリング８，９は、セグメントリング８，９の内周面が主軸（ポンプ軸)３に装着された軸スリーブ３５の外周面と摺接して軸方向に延びるシール面Ｓ１を形成している。セグメントリング８，９はカーボンからなり、軸スリーブ３５は外周面に硬質クロムメッキ等の表面硬化処理を施している。

また、内ハウジング６ａとセグメントリング９との間には、複数の圧縮コイルスプリング１１が介装されており、これら圧縮コイルスプリング１１によってセグメントリング８，９を中間ハウジング６ｂの端面側に押圧している。セグメントリング８，９は、内ハウジング６ａに固定されたピン１２に係合して回り止めがなされるとともにピン１２に案内されて軸方向に移動できるようになっている（図２参照）。これにより、セグメントリング８の端面が中間ハウジング６ｂの端面（垂直面）と密接して半径方向に延びるシール面Ｓ２を形成している。なお、セグメントリング８，９の端面どうしも密着してシール面を形成している。したがって、河川の水位上昇によりポンプ吸込室４が正圧になったときに、正圧対応軸封シール７Ａにおけるシール面Ｓ１が半径方向のシールを行うとともに正圧の液体が圧縮コイルスプリング１１とともにセグメントリング８の端面を中間ハウジング６ｂの端面に押圧してシール面Ｓ２が軸方向のシールを行うことにより、主軸３がケーシング１を貫通する箇所の軸封シールを行うことができ、ポンプ吸込室４から負圧対応軸封シール側への液体（河川水）の漏洩を防止できる。

また、正圧対応軸封シール７Ａと鏡面対称に配置された負圧対応軸封シール７Ｂにおいては、ポンプ吸込室４が負圧の状態において、ガータスプリング１０によりリング形状を維持しているセグメントリング８，９は、セグメントリング８，９の内周面が軸スリーブ３５の外周面と摺接して軸方向に延びるシール面Ｓ１を形成し、セグメントリング８の端面が中間ハウジング６ｂの端面（垂直面）と密接して半径方向に延びるシール面Ｓ２を形成している。また、外ハウジング６ｃとセグメントリング９との間には、複数の圧縮コイルスプリング１１が介装されており、これら圧縮コイルスプリング１１によってセグメントリング８，９を中間ハウジング６ｂの端面側に押圧している。セグメントリング８，９は、外ハウジング６ｃに固定されたピン１２に係合して回り止めがなされるとともにピン１２に案内されて軸方向に移動できるようになっている（図２参照）。これにより、セグメントリング８の端面が中間ハウジング６ｂの端面（垂直面）と密接してシール面Ｓ２を形成している。なお、セグメントリング８，９の端面どうしも密着してシール面を形成している。したがって、ポンプ起動時にケーシング１内を満水にするために真空ポンプにて真空排気してケーシング１内が負圧のとき及びポンプ運転時の吸込圧力が負圧の条件下の際に、負圧対応軸封シール７Ｂにおけるシール面Ｓ１が半径方向のシールを行うとともに大気の圧力が圧縮コイルスプリング１１とともにセグメントリング８の端面を中間ハウジング６ｂの端面に押圧してシール面Ｓ２が軸方向のシールを行うことにより、主軸３がケーシング１を貫通する箇所の軸封シールを行うことができ、ケーシング１内への大気の流入を防ぐことができる。

本発明は、ポンプの吸込圧力が正圧と負圧の両条件でも対応可能なように正圧対応軸封シール７Ａと負圧対応軸封シール７Ｂを設置していることに加えて、これら軸封シール７Ａ，７Ｂを保護するための各種手段を備えている。以下、これらの手段について説明する。
図２および図３に示すように、正圧対応軸封シール７Ａのポンプ吸込室側において、主軸３の外周側には、ゴム等の樹脂製のＶリング１５が装着されている。Ｖリング１５は主軸３と一体に回転可能になっており、Ｖリング１５は内ハウジング６ａの端面に摺接し、ポンプの吸込圧力が正圧時に液体（河川水）が正圧対応軸封シール７Ａに流入することを抑制することができる。また、軸スリーブ３５の外周面には、内ハウジング６ａの内周面と対向している箇所にラビリンス１６が形成されており、このラビリンス１６によってもポンプの吸込圧力が正圧時に液体（河川水）が正圧対応軸封シール７Ａに流入することを抑制することができる。正圧時に軸封部に溜まった液体（河川水）をドレン孔３６から排出することができる。

軸スリーブ３５の外周面には、正圧対応軸封シール７Ａと負圧対応軸封シール７Ｂの間の位置において、複数の突起からなるスリンガー１７が形成されている。正圧対応軸封シール７Ａから液体（河川水）がわずかに漏洩してきても、このスリンガー１７による遠心力で液体を半径方向に飛び散らせることにより、液体が負圧対応軸封シール７Ｂに流入することを防止できる。また、中間ハウジング６ｂには、スリンガー１７によって飛び散った液体を排出するための排出流路１８が形成されており、排出流路１８には、逆止弁Ｖｃを備えた排水管１９が接続されている。図３に示すように、中間ハウジング６ｂには、正圧対応軸封シール７Ａを収容している空間の底部と排出流路１８とを接続するための排水孔２０が形成されている。したがって、スリンガー１７によって飛び散った液体（河川水）は、排出流路１８を介して排水管１９に流れ込む。また、正圧対応軸封シール７Ａを収容している空間の底部から排水孔２０によって排出された液体（河川水）は、排出流路１８を介して排水管１９に流れ込む。排水管１９に設置された逆止弁Ｖｃは、正圧時には開（ｏｐｅｎ）となり、排水管１９に流れ込んだ液体（河川水）を外部に排出することができ、負圧時には閉（ｃｌｏｓｅ）となり、大気の流入を防止することができる。

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。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とすべきである。

１ ケーシング
２ 両吸込羽根車
３ 主軸
４ ポンプ吸込室
５ 軸封部
６ ハウジング
６ａ 内ハウジング
６ｂ 中間ハウジング
６ｃ 外ハウジング
７Ａ 正圧対応軸封シール
７Ｂ 負圧対応軸封シール
８，９ セグメントリング
１０ ガータスプリング
１１ 圧縮コイルスプリング
１２ ピン
１５ Ｖリング
１６ ラビリンス
１７ スリンガー
１８ 排出流路
１９ 排水管
２０ 排水孔
２１ 主板
２１ａ ボス部
２２ 側板
２２ａ 吸込部
２２ｓ 吸込口
２３ 羽根
２５ ライナーリング
３１ キー
３２，３３ 軸受ユニット
３５ 軸スリーブ
３６ ドレン孔
Ｏ ポンプ軸心
Ｓ１，Ｓ２ シール面
Ｖｃ 逆止弁

Claims (9)

1. ケーシング内に配置された両吸込羽根車と、該両吸込羽根車を回転駆動する主軸と、該主軸が前記ケーシングを貫通する箇所に設けられる軸封部とを備えた横軸両吸込渦巻ポンプにおいて、
   前記軸封部は、前記ケーシングに固定されたハウジングと、該ハウジング内に並列して配置された２つの軸封シールとからなり、
   前記各軸封シールは、複数のセグメント片が互いに接触してリング形状を形成し、複数のセグメント片の外周に設けられたガータスプリングにより該リング形状を保持する少なくとも１つのセグメントリングと、該セグメントリングの端面を前記ハウジングの内端面に押圧するスプリングとを備え、前記セグメントリングの内周面が前記主軸に装着された軸スリーブの外周面と摺接して軸方向に延びるシール面を形成し、前記セグメントリングの端面が前記ハウジングの内端面に密接して半径方向に延びるシール面を形成し、
   前記２つの軸封シールのうち一方の軸封シールは、前記羽根車側に配置され、吸込圧力が正圧であるときに正圧の液体が前記スプリングとともに前記セグメントリングの端面を前記ハウジングの内端面に押圧して軸封シールを行う正圧対応軸封シールを構成し、
   前記２つの軸封シールのうち他方の軸封シールは、大気側に配置され、吸込圧力が負圧であるときに大気の圧力が前記スプリングとともに前記セグメントリングの端面を前記ハウジングの内端面に押圧して軸封シールを行う負圧対応軸封シールを構成することを特徴とする横軸両吸込渦巻ポンプ。
2. 前記各軸封シールは、相隣接する２つのセグメントリングを備え、一方のセグメントリングにおけるセグメント片が互いに接触している箇所と他方のセグメントリングにおけるセグメント片が互いに接触している箇所とは、軸方向に重ならないように円周方向にずれていることを特徴とする請求項１記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。
3. 前記主軸に、前記ハウジングにおけるケーシング側の端面と摺接する樹脂製のＶリングを装着したことを特徴とする請求項１または２記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。
4. 前記軸スリーブの外周面に、前記２つの軸封シールの間の位置において、複数の突起からなるスリンガーを形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。
5. 前記軸スリーブの外周面に、前記正圧対応軸封シールより前記羽根車側の位置において、前記ハウジングの内周面と対向するラビリンスを形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。
6. 前記ハウジングに、前記正圧対応軸封シールの周囲の空間に溜まる液体を外部に排出する排出流路を形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。
7. 前記ハウジングに、前記スリンガーによって飛び散った液体を外部に排出する排出流路を形成したことを特徴とする請求項４記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。
8. 前記排出流路に逆止弁を備えた排水管を接続したことを特徴とする請求項６または７記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。
9. 前記逆止弁は、前記吸込圧力が正圧であるときに開き、液体を外部に排出し、前記吸込圧力が負圧であるときに閉じることを特徴とする請求項８記載の横軸両吸込渦巻ポンプ。

Images