JP4047024B2 - ポンプの軸封装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラリーポンプやサンドポンプ等の、微粒懸濁物や、土砂、砂、小石等の固形物粒子を含む流体を輸送するポンプの軸封装置、特に直列運転や被送流体の状態変化によって高い圧力が一時的、間欠的に発生するような圧力変動の大きい条件下で有効なポンプの軸封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポンプの軸封装置では、ケーシング内でインペラによって昇圧された被送流体が軸の周囲から外部に漏れるのを防止するため、軸封部にグランドパッキン、メカニカルシール、オイルシール等のシール部材が使用されている。
高圧、高濃度スラリー輸送用の軸封装置としては、被送流体側に弾性シール、大気側にメカニカルシールを設け、メカニカルシール側からシール用流体を加圧供給し、被送流体の侵入を防ぐものがある。
【０００３】
また、シール部材として、ストップリングとオイルシールとを組み合わせて使用する軸封装置も提案されている（実公昭６２−２０７１５号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸封部にグランドパッキン、メカニカルシール、オイルシール等を使用する場合、固形物粒子を含む磨耗性の被送流体の影響を避けるために、別系統のシール水の供給が必要である。
また、弾性シールとメカニカルシールとを設けた軸封装置は、シール性は良いが高価であり、メカニカルシールの摺動面の精度が非常に高いため、現地での交換作業に熟練を要するという問題がある。
【０００５】
ストップリングとオイルシールとを組み合わせた軸封装置は、耐圧的に０．５ＭＰａ程度が限界であり、特に大きな圧力を瞬間的に受けると、軸封部内に被送流体の固形物粒子が侵入してくると共に、後段のオイルシールの耐圧力が低いため、場合によってはストップリングが破損してしまうことがある。
本発明は、ポンプの軸封装置における上記問題を解決するものであって、高い圧力が一時的に作用した場合でも、外部への被送流体の漏洩を防止でき、被送流体側の圧力の変動が大きい条件下でも耐久性に優れたポンプの軸封装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のポンプの軸封装置は、ポンプの軸封部のシャフトスリーブの外周面に嵌合するストップリングと、前記軸封部のスタフィンボックスの内周面に嵌合するとともに前記ストップリングのリップに軸方向で摺接するライナとからなる組を、前記軸方向へ複数の段階に設けてなり、前記複数の段階に設けられた隣り合うライナ相互は、前記軸方向に互いに当接して配置されており、さらに、前記複数の段階に設けられたライナの大気側に軸封部へ加圧流体を供給するランタンリングを設け、そのランタンリングの大気側にオイルシールを装着したことにより上記課題を解決している。
【０００７】
ポンプは、運転時には軸が回転し、インペラで被送流体を昇圧して輸送する。軸封部には外部からランタンリングを介して加圧流体が供給され、オイルシールが加圧流体の外部への漏洩を防止する。
低圧負荷時には、多段に装着されたストップリングのうち、接液側のストップリングのリップがライナに摺接して被送流体のスタフィングボックス内部への侵入を防止する。大気側のストップリングには僅かな圧力しか作用せず、リップがライナに強く押し付けられず、殆ど非接触状態となるので、摺動熱の発生は小さく、外部からの加圧流体の供給が円滑に行われ、長寿命化が可能となる。
【０００８】
高圧負荷時には、接液側のストップリングの耐圧限界を超えると、後段の大気側のストップリングにも圧力が伝達されてリップがライナに強く押し付けられ、全てのストップリングで被送流体の漏洩を防止する。このとき、外部からの加圧流体が被送流体の圧力に抗するように作用するので、強い耐圧力性能を発揮する。
高圧負荷が解除されると、大気側のストップリングは、リップがライナに強く押し付けられなくなって元の状態に戻り、摺動熱の発生を低下させる。加圧流体は高圧負荷時にスタフィングボックス内に侵入した被送流体を接液側に押し流して内部を清浄に保つ。
【０００９】
ここで、前記複数の段階（以下、単に「多段」ともいう）に設けられた、ストップリングおよびライナからなる組は、ばね定数の小さいストップリングが接液側に、ばね定数の大きいストップリングが大気側に装着されることで低圧負荷時と高圧負荷時とでのリップの押し代を異ならせるようになっていることは好ましい。このような構成であれば、上記の作用がより効果的に行われる。即ち、低圧負荷時、接液側のばね定数の小さいストップリングはライナに摺接するリップの押し代が大であり、確実なシールを行うことができる。一方、大気側のばね定数の大きいストップリングは、ライナに摺接するリップの押し代が小さく摺動熱の発生が小さくなる。
【００１０】
高圧負荷時、後段の大気側のストップリングはばね定数が大きいので、より強い耐圧力性能を発揮でき、高圧負荷が解除されると速やかに元の状態に戻ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示すポンプの軸封装置の構成を示す縦断面図、図２はストップリングのリップの作用の説明図、図３は軸封部内の圧力状況を示す図である。
このポンプの軸封装置では、インペラ１の軸１４の軸封部に設けられたシャフトスリーブ９の外周上に、インペラ１側からカラー３に続いてストップリング４、８が軸方向へ多段に装着されており、スタフィンボックス６の内周上にはストップリング４、８のリップ２４、２８が摺接するライナ７が多段に設けられている。
【００１２】
このライナ７の大気側にはランタンリング１１が設けられ、スタフィンボックス６に穿設された加圧供給孔１０から油脂または水等の加圧流体が連続的または間欠的に供給される。ランタンリング１１の大気側にはオイルシール１２が装着され、ランタンリング１１に供給される加圧流体が大気側に漏洩しないように保持する。このランタンリング１１とオイルシール１２は、スタフィンボックス６の大気側に固定されたオイルシールカバー１３で保持されている。
【００１３】
ここで、接液側のストップリング４と大気側のストップリング８とは、共に補強のための芯金１５が設けられているが形状を異にしている。すなわち、接液側のストップリング４としては、硬度が低くリップ２４が肉薄でばね定数の小さいものが装着され、大気側のストップリング８としては、硬度が高くリップ２８が肉厚でばね定数の大きいものが装着されている。
シャフトスリーブ９の外周上の各ストップリング４、８の間には、シム５が設けられ、ストップリング４、８の押し代（ライナ７へのリップ２４、２８の押付量）が接液側のストップリング４では大きく、大気側のストップリング８では小さくなるように調整されている。
【００１４】
ポンプの運転時には軸１４が回転し、インペラ１で被送流体を昇圧して輸送する。このとき軸封部には外部から加圧供給孔１０、ランタンリング１１を介して油脂類または水等の加圧流体が供給され、ストップリング８、４のリップ２８、２４とライナ７の間から微量ずつ接液側へ押し出され、被送流体内の固形物粒子等がスタフィンボックス６内へ侵入するのを防ぐと共に、侵入した固形物粒子等を被送流体側へ排出する。
【００１５】
通常時より被送流体が昇圧され低圧負荷が作用する状態では、接液側のストップリング４のリップ２４が、図２（ａ）に破線で示すように、ライナ７に摺接して被送流体のスタフィングボックス６内部への侵入を防止する。接液側のストップリング４は、ばね定数が小さく、押し代が大きいため、低圧負荷時に高い軸封性能を発揮する。
大気側のストップリング８には僅かな圧力しか作用せず、図２（ｂ）に破線で示すように、リップ２８はライナ７に強く押し付けられず、殆ど非接触状態となるので、摺動熱の発生は小さく、外部からの加圧流体の供給が円滑に行われ、長寿命化が可能となる。
【００１６】
直列運転や被送流体の状態変化によって高い圧力が一時的、間欠的に発生するような圧力変動の大きい条件下でポンプが使用される場合、被送流体がさらに高くなり、高圧負荷が作用して接液側のストップリング４の耐圧限界を超える状態が発生する。この状態では、接液側のストップリング４のみでは圧力を保持できなくなる。
このときには、後段の大気側のストップリング８にも圧力が伝達されて、図２（ｂ）に実線で示すように、リップ２８がライナ７に強く押し付けられ、全てのストップリング４、８で被送流体の漏洩を防止するようになる。大気側のストップリング８は、硬度が高くばね定数が大きいため、高圧負荷に耐え軸封部内の圧力を保持して、軸封部内と被送流体との圧力差を小さくすることにより、接液側のストップリング４の機能を維持すると共に高圧力により破損するのを防止し、被送流体および軸封部に供給される加圧流体が軸封部より大気側に漏洩するのを防ぐ。従って、高圧負荷時にも高い軸封性能が発揮される。
【００１７】
高圧負荷が解除されると、大気側のストップリング８は、ばね定数が大きいため速やかに元の状態に戻り、リップ２８がライナ７に強く押し付けられなくなって摺動熱の発生を低下させる。加圧流体は高圧負荷時にスタフィングボックス６内に侵入した被送流体を接液側に押し流して内部を清浄に保つ。
上記の運転時の軸封部内の圧力状況を図３に示す。
通常時は実線Ａに示すように、加圧供給孔１０から供給される供給流体により、軸封部内は被送流体とほぼ同じ圧力となる。
【００１８】
通常時より被送流体が昇圧された低圧負荷時には、破線Ｂに示すように接液側のストップリング４が機能して軸封部内を低い圧力に維持する。
高圧付加時は一点鎖線Ｃに示すように、大気側のストップリング８が機能することにより、圧力負荷を受け被送流体が外部へ漏洩するのを防止する。
上記の通り、このポンプの軸封装置は、直列運転や被送流体の状態変化によって高い圧力が一時的、間欠的に発生するような圧力変動の大きい条件下でも確実に被送流体の漏洩を防止することができる。また、摺動熱の発生が小さく、外部からの加圧流体の供給が円滑に行われ、長寿命化が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のポンプの軸封装置は、高い圧力が一時的に作用した場合でも、外部への被送流体の漏洩を確実に防止できる。また、被送流体側の圧力の変動が大きい条件下でも耐久性に優れ長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるポンプの軸封装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】ストップリングのリップの作用の説明図である。
【図３】軸封部内の圧力状況を示す図である。
【符号の説明】
１ インペラ
２ バックカバー
３ カラー
４ ストップリング
５ シム
６ スタフィングボックス
７ ライナ
８ ストップリング
９ シャフトスリーブ
１０ 加圧供給孔
１１ ランタンリング
１２ オイルシール
１３ オイルシールカバー
１４ 軸
１５ 芯金
２４ リップ
２８ リップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラリーポンプやサンドポンプ等の、微粒懸濁物や、土砂、砂、小石等の固形物粒子を含む流体を輸送するポンプの軸封装置、特に直列運転や被送流体の状態変化によって高い圧力が一時的、間欠的に発生するような圧力変動の大きい条件下で有効なポンプの軸封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポンプの軸封装置では、ケーシング内でインペラによって昇圧された被送流体が軸の周囲から外部に漏れるのを防止するため、軸封部にグランドパッキン、メカニカルシール、オイルシール等のシール部材が使用されている。
高圧、高濃度スラリー輸送用の軸封装置としては、被送流体側に弾性シール、大気側にメカニカルシールを設け、メカニカルシール側からシール用流体を加圧供給し、被送流体の侵入を防ぐものがある。
【０００３】
また、シール部材として、ストップリングとオイルシールとを組み合わせて使用する軸封装置も提案されている（実公昭６２−２０７１５号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸封部にグランドパッキン、メカニカルシール、オイルシール等を使用する場合、固形物粒子を含む磨耗性の被送流体の影響を避けるために、別系統のシール水の供給が必要である。
また、弾性シールとメカニカルシールとを設けた軸封装置は、シール性は良いが高価であり、メカニカルシールの摺動面の精度が非常に高いため、現地での交換作業に熟練を要するという問題がある。
【０００５】
ストップリングとオイルシールとを組み合わせた軸封装置は、耐圧的に０．５ＭＰａ程度が限界であり、特に大きな圧力を瞬間的に受けると、軸封部内に被送流体の固形物粒子が侵入してくると共に、後段のオイルシールの耐圧力が低いため、場合によってはストップリングが破損してしまうことがある。
本発明は、ポンプの軸封装置における上記問題を解決するものであって、高い圧力が一時的に作用した場合でも、外部への被送流体の漏洩を防止でき、被送流体側の圧力の変動が大きい条件下でも耐久性に優れたポンプの軸封装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のポンプの軸封装置は、ポンプの軸封部のシャフトスリーブの外周面に嵌合するストップリングと、前記軸封部のスタフィンボックスの内周面に嵌合するとともに前記ストップリングのリップに軸方向で摺接するライナとからなる組を、前記軸方向へ複数の段階に設けてなり、前記複数の段階に設けられた隣り合うライナ相互は、前記軸方向に互いに当接して配置されており、さらに、前記複数の段階に設けられたライナの大気側に軸封部へ加圧流体を供給するランタンリングを設け、そのランタンリングの大気側にオイルシールを装着したことにより上記課題を解決している。
【０００７】
ポンプは、運転時には軸が回転し、インペラで被送流体を昇圧して輸送する。軸封部には外部からランタンリングを介して加圧流体が供給され、オイルシールが加圧流体の外部への漏洩を防止する。
低圧負荷時には、多段に装着されたストップリングのうち、接液側のストップリングのリップがライナに摺接して被送流体のスタフィングボックス内部への侵入を防止する。大気側のストップリングには僅かな圧力しか作用せず、リップがライナに強く押し付けられず、殆ど非接触状態となるので、摺動熱の発生は小さく、外部からの加圧流体の供給が円滑に行われ、長寿命化が可能となる。
【０００８】
高圧負荷時には、接液側のストップリングの耐圧限界を超えると、後段の大気側のストップリングにも圧力が伝達されてリップがライナに強く押し付けられ、全てのストップリングで被送流体の漏洩を防止する。このとき、外部からの加圧流体が被送流体の圧力に抗するように作用するので、強い耐圧力性能を発揮する。
高圧負荷が解除されると、大気側のストップリングは、リップがライナに強く押し付けられなくなって元の状態に戻り、摺動熱の発生を低下させる。加圧流体は高圧負荷時にスタフィングボックス内に侵入した被送流体を接液側に押し流して内部を清浄に保つ。
【０００９】
ここで、前記複数の段階（以下、単に「多段」ともいう）に設けられた、ストップリングおよびライナからなる組は、ばね定数の小さいストップリングが接液側に、ばね定数の大きいストップリングが大気側に装着されることで低圧負荷時と高圧負荷時とでのリップの押し代を異ならせるようになっていることは好ましい。このような構成であれば、上記の作用がより効果的に行われる。即ち、低圧負荷時、接液側のばね定数の小さいストップリングはライナに摺接するリップの押し代が大であり、確実なシールを行うことができる。一方、大気側のばね定数の大きいストップリングは、ライナに摺接するリップの押し代が小さく摺動熱の発生が小さくなる。
【００１０】
高圧負荷時、後段の大気側のストップリングはばね定数が大きいので、より強い耐圧力性能を発揮でき、高圧負荷が解除されると速やかに元の状態に戻ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示すポンプの軸封装置の構成を示す縦断面図、図２はストップリングのリップの作用の説明図、図３は軸封部内の圧力状況を示す図である。
このポンプの軸封装置では、インペラ１の軸１４の軸封部に設けられたシャフトスリーブ９の外周上に、インペラ１側からカラー３に続いてストップリング４、８が軸方向へ多段に装着されており、スタフィンボックス６の内周上にはストップリング４、８のリップ２４、２８が摺接するライナ７が多段に設けられている。
【００１２】
このライナ７の大気側にはランタンリング１１が設けられ、スタフィンボックス６に穿設された加圧供給孔１０から油脂または水等の加圧流体が連続的または間欠的に供給される。ランタンリング１１の大気側にはオイルシール１２が装着され、ランタンリング１１に供給される加圧流体が大気側に漏洩しないように保持する。このランタンリング１１とオイルシール１２は、スタフィンボックス６の大気側に固定されたオイルシールカバー１３で保持されている。
【００１３】
ここで、接液側のストップリング４と大気側のストップリング８とは、共に補強のための芯金１５が設けられているが形状を異にしている。すなわち、接液側のストップリング４としては、硬度が低くリップ２４が肉薄でばね定数の小さいものが装着され、大気側のストップリング８としては、硬度が高くリップ２８が肉厚でばね定数の大きいものが装着されている。
シャフトスリーブ９の外周上の各ストップリング４、８の間には、シム５が設けられ、ストップリング４、８の押し代（ライナ７へのリップ２４、２８の押付量）が接液側のストップリング４では大きく、大気側のストップリング８では小さくなるように調整されている。
【００１４】
ポンプの運転時には軸１４が回転し、インペラ１で被送流体を昇圧して輸送する。このとき軸封部には外部から加圧供給孔１０、ランタンリング１１を介して油脂類または水等の加圧流体が供給され、ストップリング８、４のリップ２８、２４とライナ７の間から微量ずつ接液側へ押し出され、被送流体内の固形物粒子等がスタフィンボックス６内へ侵入するのを防ぐと共に、侵入した固形物粒子等を被送流体側へ排出する。
【００１５】
通常時より被送流体が昇圧され低圧負荷が作用する状態では、接液側のストップリング４のリップ２４が、図２（ａ）に破線で示すように、ライナ７に摺接して被送流体のスタフィングボックス６内部への侵入を防止する。接液側のストップリング４は、ばね定数が小さく、押し代が大きいため、低圧負荷時に高い軸封性能を発揮する。
大気側のストップリング８には僅かな圧力しか作用せず、図２（ｂ）に破線で示すように、リップ２８はライナ７に強く押し付けられず、殆ど非接触状態となるので、摺動熱の発生は小さく、外部からの加圧流体の供給が円滑に行われ、長寿命化が可能となる。
【００１６】
直列運転や被送流体の状態変化によって高い圧力が一時的、間欠的に発生するような圧力変動の大きい条件下でポンプが使用される場合、被送流体がさらに高くなり、高圧負荷が作用して接液側のストップリング４の耐圧限界を超える状態が発生する。この状態では、接液側のストップリング４のみでは圧力を保持できなくなる。
このときには、後段の大気側のストップリング８にも圧力が伝達されて、図２（ｂ）に実線で示すように、リップ２８がライナ７に強く押し付けられ、全てのストップリング４、８で被送流体の漏洩を防止するようになる。大気側のストップリング８は、硬度が高くばね定数が大きいため、高圧負荷に耐え軸封部内の圧力を保持して、軸封部内と被送流体との圧力差を小さくすることにより、接液側のストップリング４の機能を維持すると共に高圧力により破損するのを防止し、被送流体および軸封部に供給される加圧流体が軸封部より大気側に漏洩するのを防ぐ。従って、高圧負荷時にも高い軸封性能が発揮される。
【００１７】
高圧負荷が解除されると、大気側のストップリング８は、ばね定数が大きいため速やかに元の状態に戻り、リップ２８がライナ７に強く押し付けられなくなって摺動熱の発生を低下させる。加圧流体は高圧負荷時にスタフィングボックス６内に侵入した被送流体を接液側に押し流して内部を清浄に保つ。
上記の運転時の軸封部内の圧力状況を図３に示す。
通常時は実線Ａに示すように、加圧供給孔１０から供給される供給流体により、軸封部内は被送流体とほぼ同じ圧力となる。
【００１８】
通常時より被送流体が昇圧された低圧負荷時には、破線Ｂに示すように接液側のストップリング４が機能して軸封部内を低い圧力に維持する。
高圧付加時は一点鎖線Ｃに示すように、大気側のストップリング８が機能することにより、圧力負荷を受け被送流体が外部へ漏洩するのを防止する。
上記の通り、このポンプの軸封装置は、直列運転や被送流体の状態変化によって高い圧力が一時的、間欠的に発生するような圧力変動の大きい条件下でも確実に被送流体の漏洩を防止することができる。また、摺動熱の発生が小さく、外部からの加圧流体の供給が円滑に行われ、長寿命化が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のポンプの軸封装置は、高い圧力が一時的に作用した場合でも、外部への被送流体の漏洩を確実に防止できる。また、被送流体側の圧力の変動が大きい条件下でも耐久性に優れ長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるポンプの軸封装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】ストップリングのリップの作用の説明図である。
【図３】軸封部内の圧力状況を示す図である。
【符号の説明】
１ インペラ
２ バックカバー
３ カラー
４ ストップリング
５ シム
６ スタフィングボックス
７ ライナ
８ ストップリング
９ シャフトスリーブ
１０ 加圧供給孔
１１ ランタンリング
１２ オイルシール
１３ オイルシールカバー
１４ 軸
１５ 芯金
２４ リップ
２８ リップ
Claims (2)
- ポンプの軸封部のシャフトスリーブの外周面に嵌合するストップリングと、前記軸封部のスタフィンボックスの内周面に嵌合するとともに前記ストップリングのリップに軸方向で摺接するライナとからなる組を、前記軸方向へ複数の段階に設けてなり、
前記複数の段階に設けられた隣り合うライナは、前記軸方向に相互に当接して配置されており、さらに、前記複数の段階に設けられたライナの大気側に軸封部へ加圧流体を供給するランタンリングを設け、そのランタンリングの大気側にオイルシールを装着したことを特徴とするポンプの軸封装置。 - 前記複数の段階に設けられた、ストップリングおよびライナからなる組は、ばね定数の小さいストップリングが接液側に、ばね定数の大きいストップリングが大気側に装着されることで低圧負荷時と高圧負荷時とでのリップの押し代を異ならせるようになっていることを特徴とする請求項１記載のポンプの軸封装置。
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2002
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