JP2642176B2 - 往復動ポンプのプランジャ軸封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、往復動ポンプのプランジャ軸封装置に係
り、特にプランジャを支承するシリンダ部にパッキンを
設けて軸封を行うに際し、軸封剤を併用してこれを注入
ポンプの作用下に前記パッキン部分に供給することによ
り、プランジャとシリンダとの間における軸封剤とポン
プ取扱液の圧力バランスによって完全な軸封を達成でき
る往復動ポンプのプランジャ軸封装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、プランジャを使用した往復動ポンプにおける軸
封装置としては、編組パッキンやメカニカルパッキンを
使用した方式が一般に採用されている。

編組パッキンは、カーボン繊維、アスベスト繊維等に
紐を編み、角型断面のリングに成形してなるパッキン10
をグランド12に詰め込んで構成するものである。この場
合、多重に配置したパッキン10のほぼ中間位置にクリア
ランス14を設け、ここに外部より清浄液をフラッシング
する方式（第４図参照）、またグランド12を二重構成と
し、多重に配置したパッキン10のほぼ中間位置にクリア
ランス14を設けて、ここに外部より注油を行う方式（第
５図参照）が知られている。

一方、メカニカルパッキンは、例えば第６図に示すよ
うに、３分割リング16とその外周に巻着するガータリン
グ18およびこれに隣接する複数のリング状平板20とから
構成したパッキン22を使用し、このパッキン22を第７図
に示すように配置してプランジャを締付け、取扱液の流
出による圧力低下を利用して軸封を達成するものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した従来の軸封装置においては、
例えば編組パッキンの場合、パッキン10の装着や日常点
検での増締めに熟練を要するばかりでなく、パッキン10
の寿命が短いため、交換に際しての運転停止頻度が多く
なり、またパッキン交換費用も嵩む等の難点がある。一
方、メカニカルパッキンの場合は、取扱液の流出を前提
としているため、完全な軸封は困難である。このため、
この種のパッキンでは、漏出した取扱液をポンプ吸込側
へ還流させたり、あるいは２次パッキンとして前記編組
パッキンを併用している。従って、この種のパッキン
は、構造が複雑となると共に製作に手間が掛り、製造コ
ストが増大する難点がある。

このような観点から、従来において、プランジャポン
プの軸封装置として、プランジャの圧縮行程においてポ
ンプ内に発生した流体圧を、フリーピストンを介して流
体パッキン（軸封剤）に伝達し、プランジャとパッキン
ホルダの間隙におけるその圧力のパランスによって摺動
部のシールを完全に行うよう構成したものが提案されて
いる（特開昭52−56402号公報）。この軸封装置によれ
ば、従来の個体パッキンを使用した場合のように頻繁な
増締めや交換作業が不要となり、液体パッキン（軸封
剤）はこれが変質劣化した時点で交換すればよく、特に
ポンプを停止することなく交換できるので、長時間連続
運転が可能となる。また、この軸封装置では、従来のパ
ッキン交換作業に要した技術的知識や経験も不要であ
り、極めて容易に交換を行うことができる。

しかし、このような軸封剤を使用することにより、パ
ッキンの保守に関する手間が著しく簡略化されるが、グ
ランド部へ必要量の軸封剤を適正に注入することができ
ない難点がある。例えば、グランド部への軸封剤の注入
量が過多の場合は、軸封剤がポンプ送液側へ流出した
り、また軸封剤の注入量が過少の場合は、グランド部の
軸封剤が押出されて軸封が不可能になる。

そこで、本発明の目的は、グランド部のパッキン構成
につき軸封剤を併用する多重漏出面を形成した積層平板
からなるシール構造とし、さらにグランド部への軸封剤
の注入をプランジャのポンプ動作に適合させて所定のタ
イミングで行い、注入量の過不足に対して適宜軸封剤を
調整し得るよう構成することによって、耐久性に優れか
つ取扱液の漏洩を確実に防止することができ、低コスト
に製造し得ると共に保守点検作業の不要な往復動ポンプ
のプランジャ軸封装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る往復動ポンプのプランジャ軸封装置は、
プランジャの軸封を行うグランド部に対し複数の平板を
積層配置し、これらの積層平板の圧力側に軸封剤の注入
口を設けると共に大気側に軸封剤の排出口を設け、前記
積層平板はプランジャおよびグランド部に対し隣接する
平板との間で軸封剤の漏出を行うための間隙を設け、グ
ランド部に配置した積層平板の圧力側と大気側の両端部
にそれぞれブッシュを設け、軸封剤を注入する注入口部
分はプランジャを囲繞するように円筒状の間隙を設け、
前記軸封剤を主ポンプ動作を行うプランジャの往復運動
と対応して作動する定量注入ポンプによって過不足なく
供給するよう構成すると共に、前記定量注入ポンプは主
ポンプとの回転位相差を180゜に設定して主ポンプと同
期して駆動するよう構成することを特徴とする。

前記のプランジャ軸封装置において、グランド部に設
けた軸封剤の注入および排出を行う注入口および排出口
に定量注入ポンプを配管接続して、積層平板に対し軸封
剤を循環供給するよう構成し、前記ポンプの吸込側逆止
弁の手前において負圧補給弁を介して軸封剤タンクと接
続すると共に、吐出側逆止弁の手前において逃し弁を介
して軸封剤タンクに連通するよう構成すれば好適であ
る。

〔作用〕

本発明に係る往復動ポンプのプランジャ軸封装置によ
れば、プランジャの軸封を行うグランド部に対し、軸封
剤が漏出可能となるよう複数の平板を積層配置すること
によって、これら積層平板の間隙に軸封剤が満たされて
プランジャと非接触の軸封を簡便かつ確実に達成するこ
とができる。この場合、軸封剤は、積層平板の圧力側と
大気側の両端部にそれぞれブッシュを設けて前記圧力側
にプランジャを囲繞するよう設けた円筒状の間隙より注
入することによって、軸封剤の循環供給が有効に達せら
れる。

また、グランド部に設けた軸封剤の注入および排出を
行う注入口および排出口に接続される定量注入ポンプ
は、吐出側逆止弁の手前において逃し弁を介すると共に
吸込側逆止弁の手前において負圧補給弁を介してそれぞ
れ軸封剤タンクに接続することによって、軸封剤を過不
足なく供給することができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る往復動ポンプのプランジャ軸封装
置の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に
説明する。

第１図は、本発明の往復動ポンプにおけるプランジャ
軸封装置の一実施例を示す概略構成図である。第１図に
おいて、参照符号30は主ポンプのポンプ動作を行うプラ
ンジャ32を支承するグランドを示す。このグランド30の
内周部には、プランジャ32が作用する主ポンプ室側すな
わち圧力側にネックブッシュ34を装着すると共に大気側
にリヤブッシュ36を装着する。これら両ブッシュ34,36
間には、複数のリング状平板38を積層して形成した積層
平板からなるパッキンを配置すると共に、その圧力側に
プランジャ32を囲繞する部分を円筒状の間隙40として形
成するスロートブッシュ42を設ける。

しかるに、前記ネックブッシュ34とリヤブッシュ36
は、プランジャ32と密に嵌合してこれを支承し、その摺
動面をカーボン、グラファイト、テフロン、軟質金属等
の単体または複合体からなり軸受として使用し得る自己
潤滑性を有する材料で構成することができる。また、積
層平板38は、第２図に拡大して示すように、２種類の平
板38A,38Bを交互に積層して構成する。すなわち、一方
の平板38Aは、その内径部においてプランジャ32と密に
嵌合し、外径部においてグラファイト30と一定の間隙を
保持するよう成形され、プランジャ32との摺動面を前記
のような自己潤滑性を有する材料で構成する。他方の平
板38Bは、その内径部においてプランジャ32と一定の間
隙を保持し、外径部においてグランド30と密に嵌合する
比較的強度の高い金属材料等で構成する。

さらに、前記スロートブッシュ42の一部には、グラン
ド30を貫通してその内部間隙40と外部とを連通する軸封
剤の注入口44を設ける。また、リヤブッシュ36の一部よ
りグランド30を貫通してその外部とを連通する軸封剤の
排出口46を設ける。なお、参照符号48はグランド押えを
示す。

このように構成したグランド30の軸封部において、本
実施例では、前記グランド30に設けた軸封剤の注入口44
と排出口46に、軸封剤の循環が可能となるよう定量注入
ポンプ50を配管52により接続する。この場合、定量注入
ポンプ50の吸込側と吐出側にそれぞれ逆止弁54,56を接
続配置し、前記吸込側逆止弁54の手前において、軸封剤
タンク58と連通する分岐配管60を接続すると共にこの分
岐配管60に負圧補給弁62を設ける。また、前記吐出側逆
止弁56の手前において、逃し弁64を介して前記軸封剤タ
ンク58と連通する分岐配管66を接続する。

このように構成することにより、グランド30に設けた
積層平板38からなるパッキンに対し軸封剤を供給するに
際しては、プランジャ32が圧力側へ移動する場合（ポン
プ吐出行程）に、スロートブッシュ42内の軸封剤は取扱
液の圧力によって後退し、積層平板38の間隙を漏出する
間にその圧力が低下する（ラビリンス効果）。この漏出
した軸封剤は、グランド30の排出口46より配管52を介し
て定量注入ポンプ50に吸い込まれる。この時、軸封剤の
漏出量が定量注入ポンプ50の設定容量に満たなければ、
その吸込弁54側が負圧になるので、負圧補給弁62が開い
て軸封剤の不足分が軸封剤タンク58より補給される。

次いで、プランジャ32が大気側へ移動する場合（ポン
プ吸込行程）には、定量注入ポンプ50により、積層平板
38からなるパッキンの圧力側より軸封剤を注入する。こ
れにより、軸封剤がスロートブッシュ42内に充満する
と、その圧力が上昇し、所定圧力以上の軸封剤は吐出弁
56の手前に設けた逃し弁64を介してその過剰分が軸封剤
タンク58へ戻される。

従って、本発明において、主ポンプ動作を行うため、
前記プランジャ32を往復運動させる駆動手段68と軸封剤
の注排出を行う定量注入ポンプ50の駆動手段70とは、回
転位相差を180゜に設定して前記プランジャ32の往復運
動に同期して軸封剤の注排出を行うよう定量注入ポンプ
50を駆動するようにする。このため、前記定量注入ポン
プ50は、主ポンプと同様にプランジャ72を使用した往復
動ポンプとし、その駆動手段70を主ポンプの駆動手段68
と軸直結またはチェーンもしくはギヤ結合とすれば好適
である。

本実施例において、積層平板38を流過する軸封剤は、
第２図に示すように、一方の平板38A対してはその内径
部とプランジャ32との間隙を流過し、次いで隣接する他
方の平板38Bとの接合面を流過し、その後前記他方の平
板38Bの外径部とグランド30との間隙を流過し、そして
隣接する一方の平板38Aとの接合面を流過し、再び前記
動作を繰り返すことによって、主ポンプの圧力側と十分
なバランスの取れたプランジャ32の軸封を行うことがで
きる。また、軸封剤としては、主ポンプの取扱液よりも
粘度が大きく、取扱液と化合、反応、溶解、混合を生じ
ることなく、主ポンプの送液側へ微小流混入しても差し
支えない性質を有する液を使用すれば好適である。

前述したように、本発明によれば、軸封剤が前記構成
からなる積層平板38を順次流過することによって、適正
な軸封効果が発揮されるが、この場合に使用する平板38
の形状は、第３図（ａ）に示すように偏平リング状とす
るのが一般的である。しかしながら、例えば第３図
（ｂ）に示すように、平板38の一側面または両側面に放
射状に延在するラジアル溝74を設けたり、また第３図
（ｃ）に示すように、平板38の一側面に渦巻状のスパイ
ラル溝76または同心円溝を設けることができる。さら
に、内径部がプランジャ32と密に嵌合する平板38Bにつ
いては、第３図（ｄ）に示すように、平板Ｂの外周部に
アキシャル溝78を設けたり、第３図（ｅ）に示すよう
に、平板38Bの外周部にスパイラル溝80または環状溝を
設けることができる。また、平板38Aについては、その
内周部に前記と同様のアキシャル溝、スパイラル溝、環
状溝等を設けることができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれ
ば、基本的に軸封剤を使用した非接触方式のパッキン構
成であるため、日常の保守点検作業が不要であり、積層
平板とプランジャの寿命を長く保持できるために、例え
ば積層平板の交換や増締め等の熟練を要する作業が一切
不要となる。

また、軸封剤の交換が適宜必要となるが、この場合に
ポンプ運転を停止することなく容易に行うことができる
ので、操業停止による損失等を生じることがない。

さらに、本発明の軸封装置は、前述したように非接触
方式であるため、パッキンによる摩擦動力損失がなく、
プランジャの摺動速度を大きくとることができ、この結
果主ポンプの構成を小形化して製造コストを低減するこ
とができる。特に、積層平板は、構造が簡単であるから
容易かつ低コストで製造することができる。

また、本発明によれば、取扱液の漏洩がないため、特
に有毒、爆発性の液や高価な液を取り扱う往復動ポンプ
のプランジャ軸封装置として最も有効に適用することが
できる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本
発明は前述した実施例に限定されることなく、本発明の
精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし
得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る往復動ポンプのプランジャ軸封装
置の一実施例を示す要部概略構成図、第２図は第１図に
示す軸封部の要部拡大図、第３図（ａ）〜（ｅ）は本発
明軸封装置に使用する積層平板のそれぞれ異なる実施例
を示す斜視図、第４図は従来の編組パッキンを使用した
軸封装置の一構成例を示す要部概略構成図、第５図は従
来の編組パッキンを使用した軸封装置の他の構成例を示
す要部概略構成図、第６図は従来のメカニカルパッキン
の構成を示す概略図、第７図は第６図に示す従来のメカ
ニカルパッキンを使用した軸封装置の一構成例を示す要
部概略構成図である。 30……グランド、32……プランジャ 34……ネックブッシュ、36……リヤブッシュ 38……平板、40……間隙 42……スロートブッシュ 44……注入口、46……排出口 48……グランド押え、50……定量注入ポンプ 52……配管、54……吸込側逆止弁 56……吐出側逆止弁、58……軸封剤タンク 60……分岐配管、62……負圧補給弁 64……逃し弁、66……分岐配管 68……駆動手段（主ポンプ側） 70……駆動手段（定量注入ポンプ側） 72……プランジャ、74……ラジアル溝 76……スパイラル溝、78……アキシャル溝 80……スパイラル溝

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プランジャの軸封を行うグランド部に対し
   複数の平板を積層配置し、これらの積層平板の圧力側に
   軸封剤の注入口を設けると共に大気側に軸封剤の排出口
   を設け、前記積層平板はプランジャおよびグランド部に
   対し隣接する平板との間で軸封剤の漏出を行うための間
   隙を設け、グランド部に配置した積層平板の圧力側と大
   気側の両端部にそれぞれブッシュを設け、軸封剤を注入
   する注入口部分はプランジャを囲撓するよう円筒状の間
   隙を設け、前記軸封剤を主ポンプ動作を行うプランジャ
   の往復運動と対応して作動する定量注入ポンプによって
   過不足なく供給するよう構成すると共に、前記定量注入
   ポンプは主ポンプとの回転位相差を180゜に設定して主
   ポンプと同期して駆動するよう構成することを特徴とす
   る往復動ポンプのプランジャ軸封装置。
2. 【請求項２】グランド部に設けた軸封剤の注入および排
   出を行う注入口および排出口に定量注入ポンプを配管接
   続して、積層平板に対し軸封剤を循環供給するよう構成
   し、前記ポンプの吸込側逆止弁の手前において負圧補給
   弁を介して軸封剤タンクと接続すると共に、吐出側逆止
   弁の手前において逃し弁を介して軸封剤タンクに連通し
   てなる請求項１記載の往復動ポンプのプランジャ軸封装
   置。