JP4107408B2 - 縦軸ポンプのメカニカルシール室の構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理設備での汚水・移送等、汚水・汚物の排水に用いられる水中ポンプのメカニカルシール室の構造に関し、特に上部の電動機室と下部のポンプ室との間に設けられ、油および空気が封入されてダブルメカニカルシールによってポンプからの揚水が電動機室内に浸入するのを防止した縦軸ポンプのメカニカルシール室の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な汚水用水中ポンプは図３に示されている。
図中、Ａ１はポンプ室、Ｂ１は電動機室を示しており、両者の間に、ポンプ室Ａ１の揚液が電動機室Ｂ１に侵入するのを防止するためのメカニカルシール室Ｃ１が形成されている。
【０００３】
図４は、図３のメカニカルシール室Ｃ１を詳細に示したものである。符号７０で示すダブルメカニカルシールは上部密封端面７１及び下部密封端面７２を有し、単一のコイルスプリング７３で両密封端面７１、７２に密封の為の適切な面圧が付与されており、通常所謂「モノコイルダブルシール形式」と称せられている。
【０００４】
上下それぞれの２次シール７４、７５は電動機軸９０とメカニカルシール７０間の漏洩を防止するための静止シールである。メカニカルシール７０の密封端面７１、７２はメカニカルシール室Ｃ１に封入された封入油８０によって冷却・潤滑が確保されている。
【０００５】
メカニカルシール室Ｃ１の全容積を封入油８０で占めてしまうと、温度上昇によって室内圧が急激に上昇し、メカニカルシール７０の破壊に至ることもある。そこで、通常は全容積の８０〜８５％に油を封入し、残りの１５〜２０％を空気容積７６としている。
【０００６】
又、図４中、符号７７は電動機軸９０及びメカニカルシール７０の回転に伴う封入油８０の攪拌及び遠心力による軸心方向での油面の低下を防止するための緩衝板である。
【０００７】
前記メカニカルシール７０は密封面７１、７２からの漏れを極小に押さえる為のものであるが、それでもポンプ容量によっても異なるが、一般に０．０３ｍＬ／ｈ程度の漏洩量が存在する。この漏れは密封端面７１、７２の摺動部材を潤滑・冷却する役割を担っており、避け難いものである。
【０００８】
一般の排水ポンプは排水槽の水位制御によって運転しており、その多くは間歇運転で、年間の運転時間は非常に短い。しかし、曝気や攪拌に水中ポンプを利用する場合などは、ポンプは２４時間連続で運転され、上述の漏れ量からメカニカルシール室Ｃ１への揚水の浸入を計算すると、年間漏れ量は２６３ｍＬ程度のかなりの量となる。
【０００９】
このように漏れてメカニカルシール室Ｃ１へ浸入した揚液は、油と水との比重差によってメカニカルシール室Ｃ１の下部に蓄積されることになるが、メカニカルシール７０の攪拌効果によって、かなりの量が油と混合してエマルジョン化する。メカニカルシール室Ｃ１には緩衝板７７が設けてあるが、メカニカルシール７０のスプリング７３等の攪拌効果を完全に抑制することは困難である。
【００１０】
一方、下部密封端面７２と同様に上部密封端面７１も同様の漏れが発生しており、上部密封端面７１からはエマルジョン状態で水分が電動機室Ｂ１へ浸入し、徐々に電動機室Ｂ１内の絶縁を劣化させていく。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、長期間に亘って徐々に進入する水分による電動機室内の絶縁環境の劣化を防止できるメカニカルシール室の構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上部の電動機室（Ｂ）と下部のポンプ室（Ａ）との間に設けられ、ダブルメカニカルシール（６）によってポンプからの揚水が電動機室（Ｂ）内に浸入するのを防止した縦軸ポンプ（Ｅ）のメカニカルシール室（Ｄ）の構造において、羽根車（１）を電動機軸（１０）に取付けるボス部（１１）の半径方向外方の羽根車翼（１２）の上方にメカニカルシール（６）より下方の下部メカニカルシール室（６５）が形成されており、さらにメカニカルシール室（Ｄ）全容積に占めるメカニカルシール下部密封端面（６１）より下側の容積をメカニカルシール（６）の通常の漏れ量の１年分以上に設定した。
【００１３】
又、前記メカニカルシール室全容積に占めるメカニカルシール室上部の空気容積比を２０％〜３０％としている。
【００１６】
又、前記メカニカルシール室全容積に占める前記メカニカルシール密封面より下側の容積（漏液を蓄積する空間）を、例えばメカニカルシールの通常の漏れ量の１年分以上に設定し、漏れ点検や漏れた液の排除等を目的とするメインテナンスを、例えば年に１回と定めれば、油と水の境界は常に下部密封面より下に存在し、メカニカルシールの攪拌を受けるのは油層だけとなる。
即ち、そのように構成することにより、攪拌による油と水のエマルジョン化は起こり得ず、エマルジョンによる上部密封面より上方の電動機室への水分の漏洩が防止される。
【００１７】
又、前記メカニカルシール室全容積に占めるメカニカルシール室上部の空気容積比を２０〜３０％とすることにより、漏液による油面の上昇があっても相当量の空気層が残っており、殆ど油層だけの場合のような温度上昇は発生せず、したがって高温によるメカニカルシールの破損は回避出来る。
ここで、２０％以下とした場合には、漏液による油面の上昇により空気層が殆ど無い状態が発生し、係る場合は封入油の攪拌による発熱が大であり、メカニカルシールを破損に至らしめる可能性がある。又、３０％以上とした場合には、メカニカルシール室を含むポンプ全体が大型化され、材料面及びスペース面で非効率になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明を実施した汚水用縦軸ポンプの全体断面図であり、図２は図１におけるメカニカルシール部の構成を詳細に示したものである。
【００１９】
図１において、全体を符号Ｅで示す縦軸ポンプは、ポンプ部Ａと電動機部Ｂとが、メカニカルシール６を組込んだメカニカルシール部Ｃを介して一体に構成されている。そして、前述の電動機部Ｂの電動機軸１０の先端にはポンプ部Ａを構成する羽根車１のボス部１１が取付けられている。図示の通り、このボス部１１は羽根車１の翼より上方に位置している。
【００２０】
羽根車１はその主板１ａが軸中心線に対して鋭角をなす斜流形式の開放型羽根車であり、この羽根車１は吐出し口２２を有するポンプケーシング２と、吸込み口２１を有する吸込みカバー３と、前記メカニカルシール部Ｃとの仕切り板を形成する中間ケーシング４とによって液密に覆われている。
【００２１】
そして、前記縦軸ポンプＥは、前記吸込み口２１から汚水を吸い込んで、前記側部の吐出し口２２から曲管５を介して上方に揚液を吐出すように構成されている。
又、前記ポンプケーシング２にはポンプを自立させる為の複数の脚２３が設けられている。これらの点は従来技術と同様である。
【００２２】
図２において、前記メカニカルシール部Ｃは、メカニカルシールケーシング６０と、該メカニカルシールケーシング６０と係合する前記中間ケーシング４と、メカニカルシールケーシング６０の中心及び中間ケーシング４の中心を挿通する前記電動機軸１０を液密にシールするダブルメカニカルシール６とを備え、メカニカルシールケーシング６０と中間ケーシング４とによって密封状の空間であるメカニカルシール室Ｄが形成されている。
【００２３】
このメカニカルシール室Ｄは、メカニカルシール６の下部密封端面６１より下側、即ちポンプ部Ａ側である前記中間ケーシング４で形成される空間の容積を大きく形成してある。すなわち、図１に示すように羽根車１のボス部１１を翼部１２よりもメカニカルシール室Ｄ側に突出させ、該ボス部１１と翼部１２の段差部分（前記中間ケーシング４で形成される空間部）に、下部密封端面６１から漏れて浸入した揚液を蓄積する蓄積部６５を形成している。図中６７はダブルメカニカルシール６の上部密封端面である。
【００２４】
すなわち中間ケーシング４は羽根車１のボス部１１の半径方向外方にほぼ上下方向に広がる内壁４ａと、その内壁４ａの下部から半径方向外方にほぼ水平に広がる底部４ｂと、その底部４ｂの半径方向外方の縁部からほぼ上方に延びる外壁４ｃとを有している。そして前記蓄積部６５はこれらの内壁４ａと、底部４ｂと外壁４ｃとで画成されている。
【００２５】
前記蓄積部６５の容積は、ポンプをメインテナンス無しで運転できる許容運転時間をベースに揚液のメカニカルシール室Ｄへの総浸入量を推定し、この推定量に応じた容積を確保するように形成されている。
【００２６】
一方、前記メカニカルシール室Ｄ内に浸入した漏液は前記蓄積部６５に蓄積され、封入油面６２を上昇させるので、油面上の空気容積６６は油面が上昇しても空気が過大に圧縮されない様に、メカニカルシール室全容積の２０〜３０％の空間を確保している。
【００２７】
又、前記メカニカルシール室Ｄの一部を形成する前記中間ケーシング４の底部４ｂから中間ケーシング４の内壁４ａの頂部近傍までは第１の緩衝板６３が形成されている。
【００２８】
他方、メカニカルシール室Ｄの一部を形成する前記メカニカルシールケーシング６０の上部にはメカニカルシールケーシング６０の中心から周方向に向かって第２の緩衝板６４が成形されている。
【００２９】
そして、電動機部Ｂは、当該ポンプが水中で使用される為、Ｏ‐リング等のシール材Ｂａにより気密に構成されている。
又、電動機部Ｂの上部にはポンプを引上げまたは引下げする為の取っ手９が設けられており、電動機部Ｂの頂部に接続された水中ケーブル８を介して電力が供給されるように構成されている（図１を参照）。
【００３０】
このようにメカニカルシール室Ｄの全容積に占めるメカニカルシール下部密封面より下側の蓄積部６５の容積を大きく構成することによって、メインテナンスの周期を大幅に伸ばすことが出来る。
【００３１】
又、メカニカルシール室Ｄの全容積に占める蓄積部６５の容積を、メカニカルシール６の通常の漏れ量の１年分以上に設定し、漏れ点検や漏れた液の排除等を目的とするメインテナンスを、例えば年に１回と定めれば、油と水の境界は常に下部密封面６１より下に存在する。
油と水の境界が常に下部密封面６１より下に存在するため、メカニカルシールの攪拌を受けるのは油層だけとなり、従って、攪拌による油と水のエマルジョン化は起こり得ず、エマルジョンによる上部密封面より上方の電動機部Ｂへの水分の漏洩が防止される。
【００３２】
又、メカニカルシール室Ｄ全容積に占めるメカニカルシール室Ｄ上部の空気容積６６の比を２０〜３０％とすることにより、漏液による油面の上昇があっても相当量の空気層が残っているため、殆ど油層だけの場合に生じるような温度上昇は発生せず、したがって高温によるメカニカルシールの破損は回避出来る。
【００３３】
中間ケーシング４の底部４ｂから前記ボス部４ａの頂部近傍にかけて形成された第１の緩衝板６３は、メカニカルシール室Ｄ内に漏れて蓄積された揚液の流れを阻止する。従って、回転部分の攪拌による水と油のエマルジョン化が阻止される。
【００３４】
更に、メカニカルシールケーシング６０の上方で中心から周方向に向かって形成された第２の緩衝板６４は、封入油が回転部によって攪拌されるのを軽減する。
従って、封入油の攪拌による発熱も抑制される。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に記す。
（ａ） メカニカルシール下部密封面より下側の蓄積部の容積を大きく構成することによって、メインテナンスの周期を大幅に伸ばすことが出来る。
（ｂ） 蓄積部の容積を、メカニカルシールの通常の漏れ量の所定量例えば１年分以上に設定することにより、メインテナンスを、例えば年に１回と定めれば、油と水の境界は常に下部密封面より下となり、メカニカルシールの攪拌を受けるのは油層だけであり、従って攪拌による油と水のエマルジョン化は起こり得ず、エマルジョンによる上部密封面より上方の電動機部への水分の漏洩が防止される。
（ｃ） 中間ケーシングの底部から前記ボス部の頂部近傍にかけて形成された第１の緩衝板によって、メカニカルシール室内に漏れて蓄積された揚液の流れを阻止することが出来、回転部分の攪拌による水と油のエマルジョン化が阻止される。
（ｄ） メカニカルシールケーシングの上方で中心から周方向に向かって形成された第２の緩衝板によって、封入油が回転部によって攪拌されるのが軽減され、封入油の攪拌による発熱も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の水中ポンプの全体を示す断面図。
【図２】図１におけるメカニカルシール部の拡大詳細図。
【図３】従来技術の水中ポンプの全体を示す断面図。
【図４】図３におけるメカニカルシール部の拡大詳細図。
【符号の説明】
Ａ・・・ポンプ部
Ｂ・・・電動機部
Ｃ・・・メカニカルシール部
Ｄ・・・メカニカルシール室
Ｅ・・・縦軸ポンプ
１・・・羽根車
１ａ・・・主板
２・・・ポンプケーシング
３・・・吸込みカバー
４・・・中間ケーシング
４ａ・・・内壁
４ｂ・・・底部
４ｃ・・・外壁
５・・・曲管
６・・・メカニカルシール
８・・・水中ケーブル
９・・・取っ手
１０・・・電動機軸
１１・・・ボス部
１２・・・翼部
２１・・・吸込口
２２・・・吐出口
２３・・・脚
６１・・・下部密封端面
６２・・・封入油面
６３・・・第１の緩衝板
６４・・・第２の緩衝板
６５・・・蓄積部
６６・・・空気容量

Claims (2)

1. 上部の電動機室と下部のポンプ室との間に設けられ、ダブルメカニカルシールによってポンプからの揚水が電動機室内に浸入するのを防止した縦軸ポンプのメカニカルシール室の構造において、羽根車を電動機軸に取付けるボス部の半径方向外方の羽根車翼の上方にメカニカルシールより下方の下部メカニカルシール室が形成されており、さらにメカニカルシール室全容積に占めるメカニカルシール下部密封端面より下側の容積をメカニカルシールの通常の漏れ量の１年分以上に設定したことを特徴とする縦軸ポンプのメカニカルシール室の構造。
2. 前記メカニカルシール室全容積に占めるメカニカルシール室上部の空気の容積比が２０％〜３０％である請求項１記載の縦軸ポンプのメカニカルシール室の構造。

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