JP4263297B2 - シール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポンプ、タービン、またはミキサーのような水中機械用の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この形式の機械は一般に電気で駆動されるモーターと、回転駆動シャフトを経て該モーターに連結されたインペラを備えた流体ユニットとを含んで成る。
【０００３】
流体ユニット内の媒体がシャフトに沿って流れ、電気モーターに侵入して損傷を与えるのを防止するために、１つ、または数個のシールがモーターと流体ユニットとの間に配置される。一般的な形式のシールはいわゆるメカニカル面シールと呼ばれるもので、シャフトと一緒に回転する１つのシールリングと、周囲のハウジングに取り付けられた１つの静止シールリングとを含んで成る。これらの２つのリングはばね力によって互いに押圧され、これによりリング間に媒体が侵入するのを防止している。
【０００４】
流体ユニット内の媒体が汚染成分を含んでいる場合には特に問題が生じる。流体ユニットの圧力が高いと、汚染成分はシール面間に侵入して損傷を与え、このことはシール効果が悪化されるか、完全に失われることを意味する。
【０００５】
この問題を解決するために、オイルのようなバリヤ液体を充満された室によって離間された２つのメカニカルシールを配置することが一般的であり、このバリヤ液体は表面を潤滑すると共に冷却する。このシール構造により電気モーターは常に清浄な媒体で作動されるので、損傷する危険性は著しく低下される。流体ユニットに隣接するシールが損傷すると、前記ユニットから流出する媒体はバリヤ液体室に侵入することになるが、前記液体を規則的な時間間隔を置いて制御することによって、何か重大な損害が起きる前にシールを修理または交換することができる。このような設計の一例はスウェーデン国特許第３８１３１８号に示されている。
【０００６】
流体ユニット内の媒体によってバリヤ液体が希釈され過ぎた場合には、前記ユニットに隣接するシールを交換しなければならない。この希釈がかなりの程度であったならば、他方のシールも損傷している危険性があり、それ故に同時に両方のシールを交換するのが好ましい。
【０００７】
このような交換を容易にできるようにするために、それらを一緒にしてユニットに組み込み、保守し易くするとともに、信頼性を高めるようにすることが提案された。このような設計の例は、スウェーデン国特許第２００１４４号および同第４６６９２５号に示されている。シールユニット内でバリヤ液体の良好な循環を得るために、シールユニット内にポンプを配置することが提案された。特に電気モーターに対して冷媒としてバリヤ液体を使用する閉じた冷却システムを使用する場合には、十分な流量を得なければならないならば、ポンプが必要となる。しかしながらスウェーデン国特許第３２７９０４号に示されるような周知の設計は、必要空間および効率に関する幾つかの欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、効率的且つ安全な方法によってたとえ低回転速度であっても必要とする循環を達成し、また必要空間が非常に制限された装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の装置は、好ましくは電気モーターの冷媒としても作用するバリヤ液体のための中間室を形成している２つのメカニカル面シールと、バリヤ液体を循環させるためのポンプとを含むシール装置であって、ポンプが半軸流形式または軸流形式で駆動シャフトに取り付けられたポンプインペラを含み、またポンプがベーンと、インペラの上流側および下流側にそれぞれ配置された静止ガイドベーンとを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明は添付図面を参照して以下にさらに詳細に開示される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面において、符号１は駆動ユニットを示し、符号２は流体ユニットを示し、符号３はそれら２つのユニット間の駆動シャフトを示す。符号４，５は回転シールリングを示し、符号６，７は共通のホルダー８に支持された静止シールリングを示し、ホルダー８は室９を備えている。符号１０は軸流ポンプインペラを示し、このインペラはベーン１１を有する。符号１２，１３は静止ガイドベーンを示し、符号１４，１５は冷却液のための連結部を示す。
【００１２】
したがって駆動ユニット１と流体ユニット２との間の駆動シャフト３は機械的シール構造４，６および５，７によりシールされている。シールリング４，５はシャフト３と一緒に回転し、またばね力によってそれぞれ静止シールリング６，７に向けて押圧されている。このようにして、流体ユニット内の液体がシャフトに沿って駆動ユニットに侵入することは防止されている。
【００１３】
既に説明したように、本発明は循環ポンプをシール構造に一体化した解決手段に関するものであり、このポンプはバリヤ（barrier）液体を前記シール構造内部にて循環させ、また特別な実施例によれば、バリヤ液体は駆動ユニットの冷媒としても作用する。前記ポンプのインペラを収容するシール構造内部の室すなわち通路９は、ポート１４，１５を経て駆動ユニットの冷却通路に連結されている。
【００１４】
従来使用されていた設計では、比速度（specific rotation speed）の低い遠心ポンプインペラが使用され、シーリング状態が十分でないために静止水頭圧は使用されていない。このようなポンプの効率はそれ故に著しく低く、大体５％である。それ故に得られる流れはほぼ全体的に層流であり、駆動ユニットの冷却通路での熱交換率は全く低くなる。
【００１５】
水中ポンプにおける流量損失と実際の幾何学的条件との関係は、最高の熱交換が比速度の高いポンプによって得られることを示している。これは、良好な熱交換を得るために好ましい乱流を保証するために非常に重要である。
【００１６】
本発明によれば、ポンプが以下のように半軸流または軸流形式のポンプ（half axial or axial type pump）として設計されるために、比較的低い比速度でも乱流は得られるのである。
【００１７】
ポンプ入口は、水頭圧を高める向流回転（counter rotation）を生じる多数のガイドベーン１２を備える。駆動シャフト３に取り付けられるポンプインペラ１０は負荷の高い半軸流または軸流形式のインペラとされ、これは通路９内で回転する多数のベーンを有する。半径方向に連係した後、液体は最終的に多数の拡散ガイドベーン１３を通過する。このようにして非常に小型化されることを特徴とする設計が得られる。特に半径方向の必要空間は非常に制限される。
【００１８】
高負荷のポンプインペラ、ガイドベーン、および良好にシールされた連結部を備えたポンプ設計のために非常に高い比速度が得られ、これは比較的低い回転速度であってもバリヤ液体／冷媒に乱流を発生させる。既に説明したように、乱流は、体積を小さくしかつ良好な熱交換を得ることが必要な場合の条件である。後者は、循環させるのに必要な動力が機械の全体的な効率を低下させないために非常に小さくなければならないときに必要である。
【００１９】
既述の説明ではメカニカル面シール構造を引用し、これにおいては一体化されたポンプが機械の駆動モーター用冷却液としても作用するバリヤ液体を循環させている。しかしながら本発明はこの実施例に限定されることはなく、バリヤ液体以外の液体によって冷却が行われる場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシール構造を備えたポンプユニットの断面図である。
【図２】シール装置内の循環ポンプの一部分を示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
１ 駆動ユニット
２ 流体ユニット
３ 駆動シャフト
４，５ 回転シールリング
６，７ 静止シールリング
８ ホルダー
９ 室すなわち通路
１０ ポンプインペラ
１１ ベーン
１２，１３ 静止ガイドベーン
１４，１５ 冷却液のための連結部すなわちポート

Claims (3)

1. 回転駆動シャフト、好ましくは電気モーター（１）とポンプインペラとの間の駆動シャフト（３）のための交換容易なユニットとされるシール装置であり、好ましくは電気モーターの冷媒としても作用するバリヤ液体のための中間室を形成している２つのメカニカル面シール（４，６），（５，７）と、バリヤ液体を循環させるためのポンプとを含むシール装置であって、前記ポンプが半軸流形式または軸流形式で駆動シャフト（３）に取り付けられたポンプインペラ（１０）を含み、また前記ポンプが、ベーン（１１）と、多数の第１の静止ガイドベーン（１２）と、多数の第２の静止ガイドベーン（１３）とを有し、前記第１の静止ガイドベーン（１２）はインペラ（１０）の上流側に配置され、前記第２の静止ガイドベーン（１３）はインペラ（１０）の下流側に配置されていることを特徴とするシール装置。
2. 請求項１に記載されたシール装置であって、前記ポンプの静止部分が静止シールリング（６），（７）を支持する保持装置（８）の空所（９）によって形成されていることを特徴とするシール装置。
3. 請求項１に記載されたシール装置であって、ポンプインペラ（１０）の上流側に配置された第１の静止ガイドベーン（１２）は媒体の向流回転を得て水頭圧を高めるように連結されていることを特徴とするシール装置。

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