JP4341208B2

JP4341208B2 - 浸漬型ポンプの軸封装置

Info

Publication number: JP4341208B2
Application number: JP2002159145A
Authority: JP
Inventors: 茂高坂; 功中地
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP2003343482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械のクーラントポンプなどに用いられる浸漬型ポンプに関し、特に回転軸貫通部からの液漏れをシールする軸封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の浸漬型ポンプを示す要部を断面で示した側面図である。図示ポンプは多段式高圧ポンプで、三相誘導電動機からなるモータ部１と遠心ポンプからなるポンプ部２とからなり、モータ回転軸３とポンプ回転軸４とは直結されている。ポンプ部２はケーシング５内に羽根車６を多段に有し、ケーシング５はモータ部１の駆動側軸受ブラケットを兼ねる吐出側ケーシング７と、その下側に多段に連結された吸込側ケーシング８とからなっている。吐出側ケーシング７は鉄鋳物で、モータ部１のフレームと連続する円筒状の本体部分７ａと、この本体部分７ａから側方に突出する吐出部７ｂとからなる全体形状を有し、ねじによりモータフレームに連結されている。
【０００３】
吐出側ケーシング７の本体部分７ａにはモータ側の壁７ｃとポンプ側の壁７ｄの２重の壁７ｃ，７ｄがあり、壁７ｃ，７ｄは扇形の横断面形状を有する空間９により隔てられている。モータ壁７ｃには軸受１０が保持され、軸受１０に支持されたモータ回転軸３の駆動側端部は壁７ｃ，７ｄを貫通してポンプ部２内に突出し、その軸端にポンプ回転軸４が溶接により固結されている。詳細は省略するが、羽根車６はスプライン軸からなるポンプ回転軸４に間隔管１１を介して多段（図示は６段）に装着され、軸端のナット１２により固定されている。また、各羽根車６と対となる吸込側ケーシング８はステンレス板からプレス成形され、吐出側ケーシング７の下端部に各段ごとに羽根車６を囲んで多段に積み重ねられるとも、最後に環状のサクションチャンバ１３及び多孔板からなるストレーナ１４が重ねられた上で、上端が吐出側ケーシング７にねじで固定された鍵状の吊りベルト１５により、外周３箇所で吊り上げ保持されている。
【０００４】
このような浸漬型ポンプは吐出側ケーシング７に設けられた取付フランジ７ｅを介して、例えば工作機械用のクーラントタンク１６の上面に図示しないボルトにより直立して取り付けられ、ポンプ部２がタンク１６に貯留された液体（クーラント）１７に浸漬される。この状態でモータ部１に通電されポンプ部２が回転駆動されると、ストレーナ１４を通して吸い込まれた液体１７は、矢印で示す経路でポンプ内を送られながら次第に圧力が高められ、吐出部７ｂから図示しない配管を介して工作機械に供給される。その場合、ポンプ部２内の高圧の液体１７は、吐出側ケーシング７のモータ回転軸３が貫通する部分１８から外部に漏出しようとする。そこで、この貫通部分１８に軸封装置１９が設けられている。
【０００５】
図４は、図３の軸封部分を拡大して示したものである。従来は一般に軸封装置１９として、図４に示すようなメカニカルシールが用いられている。メカニカルシール１９は周知であるが、図示例について説明すると次の通りである。すなわち、図４において、メカニカルシール１９は吐出側ケーシング７に固定された固定環５０とモータ回転軸３側に固定された回転環５１とを有し、固定環５０と回転環５１との摺動面５２で液体をシールしている。固定環５０はゴムシート５３を介して、貫通部分の座グリ面に液密に圧入されている。回転環５０は上下に分割されたばね受金５４を介して、圧縮ばね５５により固定環５０に押圧されている。
【０００６】
ここで、ばね受金５４の上半部は回転環５１に突き当たり、ばね受金５４の下半部は皿状の座金５６に支えられるとともに、座金５６に支承された金属環５７と回転環５１との間には図示あひる状断面を有するベローズ５８が挿入され、モータ回転軸３と回転環５１との間が液密にシールされている。なお、座金５６はモータ回転軸３とポンプ回転軸４との結合面となるモータ回転軸３の端面で位置決めされ、羽根車６を固定する間隔管１１を介してナット１２（図４参照）の締め付けにより固定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通り、従来の軸封装置１９にはメカニカルシールが用いられている。ところが、このメカニカルシールは固定環５０と回転環５１とが圧縮ばね５５で押圧されながら摺動接触するため摺動面５２に磨耗が生じやすく、これら磨耗部品を消耗品としてしばしば交換する必要があり、浸漬型ポンプの維持管理を面倒にしている。なお、部品交換の時期は、吐出側ケーシング７の空間９への液体の漏出の有無により判断されている。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、軸封装置の磨耗を抑えて部品交換の頻度を減らし、浸漬型ポンプの維持管理上の負担を軽減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
タンク内の液体に浸漬された羽根車を回転させる回転軸が前記羽根車を覆うケーシングを貫通する部分に設置され、この貫通部分を液密にシールする浸漬型ポンプの軸封装置において、前記ケーシングの前記回転軸が貫通する部分に筒体を設け、この筒体に前記回転軸を回転が可能な限度で最小限に抑えられた隙間を介して回転可能に挿通し、前記筒体の上端部に互いに反対の２箇所に半径方向に突出する耳片を設けるとともに下端部につば状の大径部を設け、前記筒体の上端部の耳片を前記ケーシングのフランジ部の縦溝に緩く嵌め込んで回り止めすることにより前記筒体を前記ケーシングに半径方向に遊動可能に保持し、かつ前記筒体の下端部の大径部の外周に周溝を設け、この周溝に弾性シール材を嵌め込み、この弾性シール材により前記筒体と前記ケーシングとの間を液密にシールするものとする（請求項１）。
【００１０】
上記したこの発明は、ケーシングの回転軸貫通部に液密に設けた筒体に、回転軸を単に挿通するのみとし、回転側部材としての回転軸と固定側部材としての筒体との間に押圧力を与えることなく液体のシールを行なうものである。回転軸は筒体内を隙間を介して回転するが、この隙間を最小限に抑えることにより回転軸表面からの漏洩をほぼ完全に封止することができるとともに、筒体を微小な隙間を介して限りなく非接触に近い状態に置くことにより、筒体の磨耗をほとんど生じさせないようにすることができる。また、回転軸には通常、一定の軸振れが避けられないが、筒体を回転軸の半径方向に遊動可能に保持させ、筒体を回転軸の軸振れに追従させることにより、回転軸が筒体に衝突することによる接触面の損傷や磨耗、振動を回避するものである。
【００１１】
請求項１における弾性シール材としてＯリングを用いることができる（請求項２）。
【００１２】
請求項１または２において、前記回転軸の前記ケーシングの外側部分に前記筒体と隣接させて液切り環を取り付け、前記筒体から漏洩した前記液体を遠心力で振り切るようにすれば、仮に筒体から液体が漏洩した場合にもこれを遠心力で振り切り、モータ側経の漏液の浸入を防ぐことができる（請求項３）。その場合、前記液切り環で振り切った漏洩液体を前記タンクに戻すドレン通路を前記ケーシングに設ければ、ポンプ周辺が清潔に保たれるとともに液体の消耗を少なくすることができる（請求項４）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２に基づいて、従来例として示した図３の浸漬型ポンプにこの発明を適用した場合の実施の形態を説明する。ここで、図１は要部を縦断面にした浸漬型ポンプの側面図、図２は図１における軸封装置部分の拡大図である。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用い、同一構成部分の説明は省略する。まず、図１において、吐出側ケーシング７には、ポンプ側に２重の壁７ｄ，７ｆが設けられ、壁７ｆは壁７ｄからＵ字状の横断面形状を有する空間２０により隔てられている。そして、ポンプ壁７ｆのモータ回転軸貫通部分１８にはボス７ｇが一体形成され、この部分１８に軸封装置１９が設けられている。次に、この軸封装置１９について、図２により説明する。
【００１４】
図２において、ボス７ｇには上端部にフランジ７ｈを残して段付きの穴２１があけられ、穴２１に筒体２２が収められている。筒体２２は砲金からなる中空円筒体で、下端部につば状の大径部２２ａを有し、その外周部に周溝２２ｂが設けられている。また、筒体２２の上端部には、互いに反対の２箇所に、半径方向に突出する板状の耳片２２ｃが設けられている。この筒体２２は、溝２２ｂに弾性シール材としてのＯリング２３が嵌め込まれた後、穴２１に挿入され、その際、耳片２２ｃがフランジ７ｈの図示しない縦溝に緩く嵌め込まれて回り止めされている。また、穴２１に収められた筒体２２は、ボス７ｇの内側の周溝に嵌め込まれたＣ型止め輪２４により抜け止めされている。ここで、筒体２２は穴２１内で半径方向にある程度自由に動けるように、大径部２２ａと穴２１の内壁との間や耳片２２ｃとフランジ７ｈの縦溝との間には適宜の遊びが設けられている。ただし、Ｏリング２３は所定の圧縮しろで穴２１に圧入され、筒体２２と吐出側ケーシング７との間を液密にシールしている。
【００１５】
２５は外周部に環状突起２５ａを備えた液切り環で、例えばニトリルゴムで作られ、モータ回転軸３に軸端から嵌め込まれるとともに、モータ回転軸３の軸受部に隣接する大径部３ａの端面に当接して位置決めされている。この液切り環２５は図２の組立状態において、吐出側ケーシング７の外部空間２０に露出するとともに筒体２２に隣接する。なお、モータ回転軸３の軸端に当接する座金５６は従来例のものが用いられているが従来とは反対の向きに装着され、羽根車６を固定する間隔管１１のみを受けている。また、空間９に露出するモータ回転軸３の大径部３ａは、外周の互いに反対の２面が平坦に削除され、ナット１２（図１参照）の締め付け時などに、この平坦部分に工具を掛けてモータ回転軸３をロックできるようになっている。
【００１６】
モータ回転軸３と筒体２２との隙間は、モータ回転軸３の回転が可能な限度で最小限に抑えられる。例えば、モータ回転軸３の当該箇所の軸径が１３ｍｍの場合、上記隙間は直径で0.05ｍｍ以下、好ましくは0.01〜0.03ｍｍ程度とされる。一方、上述したように吐出側ケーシング７内に可動的に保持された筒体２２の半径方向の可動範囲は、上記したモータ回転軸３と筒体２２との隙間より大きく設定される。
【００１７】
このような軸封装置１９を備えた浸漬型ポンプが運転されると、高圧の液体が軸封装置１９に作用するが、筒体２２と吐出側ケーシング７との間はＯリング２３でシールされるとともに、モータ回転軸３と筒体２２との間は微小な隙間によりシールされる。一方、モータ回転軸３は常に一定の軸振れを有するが、この軸振れが上記したモータ回転軸３と筒体２２との間の微小隙間を超えると、筒体２２はモータ回転軸３により半径方向に振られる。しかし、筒体２２は上記した遊びのために、穴２１内でモータ回転軸３の軸振れに追従して遊動し、筒体２２に無理な力が生じることはない。
【００１８】
図示実施の形態において、モータ回転軸３は筒体２２内を微小隙間を介して限りなく非接触に近い状態で回転し、かつ筒体２２はモータ回転軸３の軸振れに追従して遊動するので、筒体２２はばね圧を受けて摺動接触するメカニカルシールに比べて磨耗がきわめて少ない。また、モータ回転軸３と筒体２２との隙間もきわめて微小に抑えられるので、この隙間からの液漏れもきわめて少なく、メカニカルシールと比べて遜色のない軸封機能が得られる。モータ回転軸３と筒体２２との隙間は、両者を精密加工して予め適正な値に定めることがもちろん可能であるが、この隙間を最小限に抑える手段として、前記嵌合をある程度きつく、例えばいわゆるトマリバメ程度にしてポンプを組み立て、これをそのまま例えば無負荷で回転させて筒体２２をモータ回転軸３に馴染ませる方法も有効である。
【００１９】
また、図示実施の形態において、モータ回転軸３のケーシング外側部分には、筒体２２と隣接して液切り環２５が取り付けられている。この液切り環２５は、万一筒体２２から液体が漏洩した場合に、この液体を遮って環状突起２５ａから遠心力で振り切る。これにより、漏洩した液体がモータ側に浸入することが阻止される。また、液切り環２５で振り切られた液体は空間２０に落ち、この空間２０をドレン通路として、図１に矢印で示すようにタンク１６内に戻される。
【００２０】
図示実施の形態においては、筒体を半径方向に遊動可能に、かつ水密に保持する構成として、筒体をケーシング（吐出側ケーシング）の穴に緩く収め、筒体の外周とケーシングとの間に環状の弾性シール材としてＯリングを挿入した例を示した。しかし、筒体は回転軸の軸振れに追従して半径方向に遊動可能に、かつケーシングに対して水密に保持されればよく、例えば筒体をコイルばねあるいは板ばねなどの弾性部材を介してケーシング内に把持し、筒体とケーシングとの間をベローズでシールするなど種々の態様が可能である。また、筒体にはモータ回転軸を挿通する例を示したが、ポンプ回転軸がケーシングを貫通する場合にはポンプ回転軸を筒体に挿通するのであり、回転軸としてモータ回転軸とポンプ回転軸とを区別するものではない。
【００２１】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、回転軸をケーシング側の筒体に単に挿通し、回転軸を筒体に対して限りなく非接触に近い状態で回転させるとともに、筒体を回転軸の軸振れに追従させて遊動させることにより、筒体の磨耗がきわめて少なく、軸封装置部品の磨耗交換がほとんど不要となって浸漬型ポンプの維持管理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すポンプの要部を縦断面にした側面図である。
【図２】図１における軸封装置部分の拡大図である。
【図３】従来例を示す浸漬型ポンプの要部を縦断面にした側面図である。
【図４】図３における軸封装置部分の拡大図である。
【符号の説明】
１モータ部
２ポンプ部
３モータ回転軸
４ポンプ回転軸
５ケーシング
６羽根車
７吐出側ケーシング
８吸込側ケーシング
１６クーラントタンク
１９軸封装置
２２筒体
２３Ｏリング
２５液切り環

Claims

タンク内の液体に浸漬された羽根車を回転させる回転軸が前記羽根車を覆うケーシングを貫通する部分に設置され、この貫通部分を液密にシールする浸漬型ポンプの軸封装置において、前記ケーシングの前記回転軸が貫通する部分に筒体を設け、この筒体に前記回転軸を回転が可能な限度で最小限に抑えられた隙間を介して回転可能に挿通し、前記筒体の上端部に互いに反対の２箇所に半径方向に突出する耳片を設けるとともに下端部につば状の大径部を設け、前記筒体の上端部の耳片を前記ケーシングのフランジ部の縦溝に緩く嵌め込んで回り止めすることにより前記筒体を前記ケーシングに半径方向に遊動可能に保持し、かつ前記筒体の下端部の大径部の外周に周溝を設け、この周溝に弾性シール材を嵌め込み、この弾性シール材により前記筒体と前記ケーシングとの間を液密にシールすることを特徴とする浸漬型ポンプの軸封装置。
前記シール材としてＯリングを用いたことを特徴とする請求項１に記載の浸漬型ポンプの軸封装置。
前記回転軸の前記ケーシングの外側部分に前記筒体と隣接させて液切り環を取り付け、前記筒体から漏洩した前記液体を遠心力で振り切るようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の浸漬型ポンプの軸封装置。
前記液切り環で振り切った漏洩液体を前記タンクに戻すドレン通路を前記ケーシングに設けたことを特徴とする請求項３に記載の浸漬型ポンプの軸封装置。