JP3859750B2 - High pressure pump sealing method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を高圧に加圧する高圧ポンプのシール方法および装置に関し、とくに固体を懸濁した流体の加圧を長期間にわたり停止することなく連続的に運転することができる高圧ポンプのシール方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
流体を高圧に加圧するために各種のポンプが用いられている。高圧ポンプには、プランジャ式、ダイヤフラム式等のポンプが知られており、それらの駆動方法もプランジャ等をモータによって直接駆動するもの、油圧等によって間接的に駆動するものが知られている。
これらの高圧ポンプは、使用する流体の種類や使用圧力に応じて各種のものが用いられている。金属や硬度の大きな物質のウォータージェット加工に使用する高圧水の発生用のポンプでは、1500気圧以上の高圧が用いられており、これらのポンプでは、一般に500〜2000時間程度で重要な部分が磨耗等を起こし使用することができなくなり、運転を停止して部品の交換等を行う必要が生じていた。
【0003】
そこで、本発明者は、固液混相流体の加圧用の高圧ポンプとして、鉛直方向に上下動するプランジャが上方より嵌入する高圧シリンダを有し、高圧シリンダの最底部に流体の流入もしくは流出する少なくとも1個の開口部を有し、高圧シリンダの上部にはプランジャの駆動用の油圧シリンダを有し、油圧シリンダと高圧シリンダの間には、プランジャ駆動軸に接して油圧シリンダから漏洩した作動油の高圧シリンダへ嵌入するプランジャ面への移行防止手段を設けた高圧ポンプを提案した。
ところがこのような固液混相流体を取り扱う高圧ポンプにおいてもより長期間にわたり安定して動作させることが求められていた。
【0004】
また、特開平4−181072号公報において、プランジャーの往復動によりスラリーを吸引・吐出する高圧スラリーポンプにおいて、スラリー室と室外との間で、プランジャー摺動部を複数のパッキンによりシールし、複数のパッキンの列設方向中間部にスラリー室側の圧力以上の圧力でシール液を供給する高圧スラリーポンプのシール方法が記載されている。この方法では、シール液は必ず微量がVパッキンの隙間からスラリー中へ混入することになり、スラリー濃度の厳密な管理は不可能である。また、添付の図面のVパッキンの取付方法では、吸入時には、シリンダー内部は陰圧となり、このときシール液はVパッキンの隙間から大量にシリンダー内へ流入することになり、これを防止するためには、シール液圧よりも高い圧力でシリンダー内部へスラリーを押し込むポンプが必要となるので、現実的にそのような方法は実施不可能と思われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐久性の優れた高圧ポンプ用のシールを提供することと課題とするものであり、とくに固液混相流体のように機器の構成部材を磨耗する流体を高圧に加圧することが可能な、耐久性に優れた高圧ポンプ用のシールを提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体を懸濁した流体の加圧用の高圧ポンプの摺動部のシール方法において、ポンプの加圧時には、ポンプの加圧力よりも高圧力の流体を導入してプランジャーとシリンダとの摺動部に配置した圧力流体導入リング、および圧力流体導入リングの両側に配置したOリングを変形させることによって、Oリングの外側に配置された主シールを変形させて、プランジャーとシリンダの間を密封すると共にポンプの加圧力よりも高圧力の空間を形成することによって固体を懸濁した液体のシール部への侵入を防止した高圧ポンプのシール方法である。
また、固体を懸濁した流体の加圧用の高圧ポンプの摺動部のシール装置において、ポンプの加圧時には、ポンプの加圧力よりも高圧力の流体を導入する圧力流体導入リングをプランジャとシリンダとの摺動面に有し、圧力流体導入リングの両側には、Oリングが配置され、更にOリングの外側には主シールが配置され、圧力流体の作用によって変形して摺動面を密封するとともに、ポンプの加圧力よりも高圧力の空間を形成した高圧ポンプのシール装置である。
【0007】
【実施例】
図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
図1は、本発明の高圧ポンプのシールを適用する高圧ポンプの1実施例を説明する図である。高圧ポンプ1は、上部からプランジャ2が嵌入する高圧シリンダ3を下部に有し、上部に設けた油圧シリンダ4に作動油5を供給し、プランジャを上下に往復運動させている。作動油はモータ6により駆動される油圧ポンプ7からなる加圧機構によって加圧され、四方切換弁8によって切り替えられて、油圧シリンダに供給され、左右の油圧シリンダを交互に往復動させている。シリンダー内部をプランジャが往復動し、逆止弁9および10の作用によって流体が高圧力に加圧される。
【0008】
図2は、本発明の高圧ポンプのシール装置を説明する図である。図の右側は、未加圧状態のシールの状態を示し、左側は、加圧した場合のシール装置を説明する断面図である。
プランジャー2と高圧シリンダ3の摺動部には、主シール11a、11b、バックアップリング12a、12b、13a、13b、14a、14b、Oリング15a、15b、および圧力流体導入リング16から構成されている。高圧ポンプの圧力流体供給口17より圧力流体を、高圧ポンプの加圧圧力よりも5〜10%大きな圧力に調整して流入させる。流入した圧力流体は、圧力流体導入リング16の周囲に設けた溝18部分に満たされるとともに、圧力流体によって、Oリング15a、15bが左側に示すように変形し、変形したOリングおよび圧力流体の作用によって主シール11a、11bが変形し、主シール11a、11bで囲まれた空間に、ポンプの加圧力よりも高圧の高圧力空間19が形成されることとなる。
その結果、プランジャーの下降時には懸濁流体20は主シールまでは上昇するが、主シールの内部にポンプの加圧力よりも少し高圧の高圧力空間が形成されているので、主シール面に懸濁流体が浸入することは生じない。
【0009】
本発明のシール装置において、シール装置に用いる材料は、使用流体あるいは圧力に応じて適宜選定することができるが、例えば、主シールには、超高分子量ポリエチレンを用いることができ、バックアップリング12a、12bには、SUS316等のステンレス、バックアップリング13a、13bには、炭素繊維強化フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどを、バックアップリング14a、14bには、フッ素樹脂、Oリング15a、15bには、フッ素樹脂系エラストマーなどを用いることができる。また、圧力流体導入リングには、SUS316等の金属材料を用いることが好ましい。
【0010】
【発明の効果】
本発明は、高圧ポンプの加圧時にシール部に外部から導入した加圧流体によってシール部に高圧力空間を形成するとともに、加圧流体によって変形して摺動部と密着する主シールを設けたので、主シール部に固体粒子を懸濁した流体が浸入することはなく、固体を懸濁した流体を高圧力に加圧した場合であっても、長寿命のシールを有する高圧ポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシールを適用する高圧ポンプを説明する図である。
【図2】本発明の高圧ポンプのシールを説明する図である。
【符号の説明】
1…高圧ポンプ、2…プランジャ、3…高圧シリンダ、4…油圧シリンダ、5…作動油、6…モータ、7…油圧ポンプ、8…四方切換弁、9…管路、11a、11b…主シール、12a、12b、13a、13b、14a、14b…バックアップリング、15a、15b…Oリング、16…圧力流体導入リング、17…圧力流体供給口、18…溝、19…高圧力空間
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sealing method and apparatus for a high-pressure pump that pressurizes a fluid to a high pressure, and in particular, a sealing method for a high-pressure pump that can be continuously operated without stopping pressurization of a fluid in which a solid is suspended. And apparatus.
[0002]
[Prior art]
Various pumps are used to pressurize the fluid to a high pressure. Known high-pressure pumps include plunger-type and diaphragm-type pumps, and their driving methods include those in which the plunger is directly driven by a motor and those in which it is indirectly driven by hydraulic pressure or the like.
Various types of these high-pressure pumps are used according to the type of fluid used and the operating pressure. High-pressure water generation pumps used for water jet processing of metals and high-hardness materials use high pressures of 1500 atm or higher, and these pumps generally wear important parts in about 500 to 2000 hours. It has become necessary to stop the operation and replace parts.
[0003]
Therefore, the present inventor has a high pressure cylinder in which a vertically moving plunger is inserted from above as a high pressure pump for pressurizing a solid-liquid mixed phase fluid, and at least the fluid flows into or out of the bottom of the high pressure cylinder. It has one opening, and has a hydraulic cylinder for driving the plunger above the high-pressure cylinder. Between the hydraulic cylinder and the high-pressure cylinder, the hydraulic oil leaking from the hydraulic cylinder in contact with the plunger drive shaft A high-pressure pump with a means for preventing transition to the plunger surface that fits into the high-pressure cylinder was proposed.
However, a high-pressure pump that handles such a solid-liquid mixed phase fluid has been required to operate stably for a longer period of time.
[0004]
In JP-A-4-181072, in a high-pressure slurry pump that sucks and discharges slurry by reciprocating movement of the plunger, the plunger sliding portion is sealed with a plurality of packings between the slurry chamber and the outside, A sealing method for a high-pressure slurry pump is described in which a sealing liquid is supplied to a middle portion in the row direction of a plurality of packings at a pressure equal to or higher than the pressure on the slurry chamber side. In this method, a very small amount of the sealing liquid is always mixed into the slurry through the gap of the V packing, and strict management of the slurry concentration is impossible. In addition, in the attachment method of the V-packing in the attached drawing, the negative pressure is generated inside the cylinder at the time of suction, and at this time, a large amount of the sealing liquid flows into the cylinder from the gap of the V-packing in order to prevent this. However, since it is necessary to use a pump that pushes the slurry into the cylinder at a pressure higher than the sealing liquid pressure, such a method seems to be impossible in practice.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a seal for a high-pressure pump having excellent durability, and in particular, it is possible to pressurize a fluid that wears component parts of a device such as a solid-liquid mixed phase fluid to a high pressure. Another object of the present invention is to provide a highly durable seal for a high pressure pump.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a sealing method for a sliding part of a high-pressure pump for pressurizing a fluid in which a solid is suspended, and when the pump is pressurized, a fluid having a pressure higher than the pressure applied by the pump is introduced to By deforming the pressure fluid introducing ring arranged at the sliding portion of the cylinder and the O ring arranged on both sides of the pressure fluid introducing ring, the main seal arranged outside the O ring is deformed, and the plunger and the cylinder This is a high pressure pump sealing method in which a space in which a solid is suspended is prevented from entering the seal portion by forming a space having a pressure higher than the pressure applied by the pump.
Further, in a sealing device for a sliding part of a high-pressure pump for pressurizing a fluid in which a solid is suspended, a plunger and a cylinder are provided with a pressure fluid introduction ring for introducing a fluid having a pressure higher than the pressure of the pump when the pump is pressurized. O-rings are arranged on both sides of the pressure fluid introduction ring, and a main seal is arranged on the outside of the O-ring, which is deformed by the action of pressure fluid and seals the sliding surface. In addition, the high pressure pump sealing device has a space higher in pressure than the pressure applied by the pump.
[0007]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view for explaining one embodiment of a high pressure pump to which a seal of a high pressure pump according to the present invention is applied. The high-pressure pump 1 has a high-pressure cylinder 3 into which a plunger 2 is fitted from the top, and supplies hydraulic oil 5 to a hydraulic cylinder 4 provided at the top to reciprocate the plunger up and down. The hydraulic oil is pressurized by a pressurizing mechanism including a hydraulic pump 7 driven by a motor 6, is switched by a four-way switching valve 8, is supplied to a hydraulic cylinder, and reciprocates left and right hydraulic cylinders alternately. The plunger reciprocates inside the cylinder, and the fluid is pressurized to a high pressure by the action of the check valves 9 and 10.
[0008]
FIG. 2 is a diagram for explaining a sealing device for a high-pressure pump according to the present invention. The right side of the figure shows the state of the unpressurized seal, and the left side is a cross-sectional view illustrating the sealing device when pressurized.
The sliding portion between the plunger 2 and the high-pressure cylinder 3 includes main seals 11a and 11b, backup rings 12a, 12b, 13a, 13b, 14a and 14b, O-rings 15a and 15b, and a pressure fluid introduction ring 16. Yes. From the pressure fluid supply port 17 of the high-pressure pump, the pressure fluid is adjusted to a pressure 5 to 10% larger than the pressurization pressure of the high-pressure pump and is allowed to flow. The inflowing pressure fluid is filled in the groove 18 provided around the pressure fluid introduction ring 16, and the O-rings 15a and 15b are deformed by the pressure fluid as shown on the left side. The main seals 11a and 11b are deformed by the action, and a high pressure space 19 higher in pressure than the pressure applied by the pump is formed in the space surrounded by the main seals 11a and 11b.
As a result, when the plunger is lowered, the suspension fluid 20 rises up to the main seal, but a high pressure space slightly higher than the pressurizing force of the pump is formed inside the main seal. Turbid fluid does not enter.
[0009]
In the sealing device of the present invention, the material used for the sealing device can be appropriately selected according to the fluid or pressure used. For example, for the main seal, ultrahigh molecular weight polyethylene can be used, and the backup ring 12a, 12b is stainless steel such as SUS316, the backup rings 13a and 13b are carbon fiber reinforced fluororesin, polyether ether ketone, the backup rings 14a and 14b are fluororesin, and the O-rings 15a and 15b are fluorine. Resin-based elastomers can be used. Further, it is preferable to use a metal material such as SUS316 for the pressure fluid introduction ring.
[0010]
【The invention's effect】
In the present invention, a high pressure space is formed in the seal portion by a pressurized fluid introduced from the outside into the seal portion when the high pressure pump is pressurized, and a main seal that is deformed by the pressurized fluid and is in close contact with the sliding portion is provided. Therefore, the fluid in which the solid particles are suspended does not enter the main seal portion, and a high-pressure pump having a long-life seal is obtained even when the fluid in which the solid is suspended is pressurized to a high pressure. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a high-pressure pump to which a seal of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating a seal of a high-pressure pump according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High pressure pump, 2 ... Plunger, 3 ... High pressure cylinder, 4 ... Hydraulic cylinder, 5 ... Hydraulic oil, 6 ... Motor, 7 ... Hydraulic pump, 8 ... Four-way selector valve, 9 ... Pipe line, 11a, 11b ... Main seal , 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b ... backup ring, 15a, 15b ... O-ring, 16 ... pressure fluid introduction ring, 17 ... pressure fluid supply port, 18 ... groove, 19 ... high pressure space

Claims (2)

固体を懸濁した流体の加圧用の高圧ポンプの摺動部のシール方法において、ポンプの加圧時には、ポンプの加圧力よりも高圧力の流体を導入してプランジャーとシリンダとの摺動部に配置した圧力流体導入リング、および圧力流体導入リングの両側に配置したOリングを変形させることによって、Oリングの外側に配置された主シールを変形させて、プランジャーとシリンダの間を密封すると共にポンプの加圧力よりも高圧力の空間を形成することによって固体を懸濁した液体のシール部への侵入を防止したことを特徴とする高圧ポンプのシール方法。  In the sealing method of the sliding part of the high-pressure pump for pressurizing the fluid in which the solid is suspended, when the pump is pressurized, a fluid having a pressure higher than the pressure of the pump is introduced to slide the plunger and the cylinder. The main seal disposed on the outside of the O-ring is deformed by deforming the pressure fluid introduction ring disposed on the O-ring and the O-ring disposed on both sides of the pressure fluid introduction ring, thereby sealing between the plunger and the cylinder. In addition, a high pressure pump sealing method is characterized in that a liquid having a solid suspended therein is prevented from entering the seal portion by forming a space whose pressure is higher than the pressure applied by the pump. 固体を懸濁した流体の加圧用の高圧ポンプの摺動部のシール装置において、ポンプの加圧時には、ポンプの加圧力よりも高圧力の流体を導入する圧力流体導入リングをプランジャとシリンダとの摺動面に有し、圧力流体導入リングの両側には、Oリングが配置され、更にOリングの外側には主シールが配置され、圧力流体の作用によって変形して摺動面を密封するとともに、ポンプの加圧力よりも高圧力の空間を形成したことを特徴とする高圧ポンプのシール装置。  In a sealing device for a sliding part of a high-pressure pump for pressurizing a fluid in which a solid is suspended, a pressure fluid introduction ring for introducing a fluid having a pressure higher than the applied pressure of the pump is provided between the plunger and the cylinder when the pump is pressurized. O-rings are arranged on both sides of the pressure fluid introduction ring, and a main seal is arranged outside the O-ring, and is deformed by the action of pressure fluid to seal the slide surface. A high pressure pump sealing device characterized in that a space having a pressure higher than the pressure of the pump is formed.
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