JP4629044B2 - ポンプ用の圧力逃がし装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ポンプに関し、より詳しくは、ポンプ用の圧力逃がし装置に関する。

通常の水ポンプは固体を取扱わないが、流量が、なんらかの特定のポンプ速度における最大流量の、例えば１０％以下である時、ポンプ内を循環する液体の温度は時間と共に上昇することが知られている。発生する熱は、ポンプケーシングと部品の温度も上昇させる。従って、この問題を避けるために、メーカーが、ポンプ用の最小流量を推奨することが極めて普通である。水ポンプの流量、従って、温度の測定と制御は相対的に容易であり、多数の適当な装置をそのために利用することができる。ある案は、ポンプ内の流れを維持するために別個のバイパスを用いる。

遠心スラリーポンプは、世界中の非常に広い範囲の産業及び用途において、最も普通には採鉱プラントにおいて典型的に利用されている。液体（普通は水）とこれらのスラリーポンプが取扱うスラリーを構成する固体の混合物も又非常に広い範囲に渡っている。水ポンプと同様に、スラリーポンプは、低流量でかなりの時間操作されると熱くなる。低流量は、ポンプ輸送されているスラリーによりポンプ内に発生する閉塞によって、偶然に引起こされる。発生される熱は、又、スラリーポンプに普通に使用される耐磨耗性硬質金属又は天然ゴムのライナーに対して有害である。最悪の場合には、ポンプ閉塞状態下のこのような過熱から発生する蒸気がポンプを爆発させることがあり得る。

スラリーポンプは、通常、配管工事のベンド、傾斜部又は水平部を一般に有する異なる長さの管路に続いて、ポンプにスラリーを重力供給するホッパーを含む極めて類似の型式の構成に設置され、ある場合には、弁やタンクが、最終排出点までの管路に沿って配置される。

スラリーは、装置に目詰りや閉塞を容易に起こし及び／又は摩耗を生じるので、スラリー流量又はスラリー流体温度を測定するために利用可能な選択肢は相対的に少ない。従って、スラリーのポンプ輸送に非常に少ない装置を用いると共に、あるプロセスから別のプロセスまでのスラリーの連続流れに依存することが一般に行われている。スラリーポンプメーカーと供給者は、スラリーポンプ用の最小流量を規定できるが、広範な能力、スラリー性状の変化と固体が管路とポンプ内に沈降する可能性により、このような最小流量推奨は、それ自身で、その流量が、使用時に危険な低いレベルまで変化又は低下しないことを保証しない。

スラリー粒子の輸送は、管路内のある速度を維持することに依存し、もしそうでなければ、粒子は、管の底部に沈降しがちである。速度が更に降下するにつれて、固体は、管路内に沈着して最後に閉塞を生じかねない。同様の事態は、非常に低い又は零の流量で動作するスラリーポンプで発生し得る。固体は、ポンプ内で沈降を開始して、閉塞を生じ得る。ポンプが運転中であっても、ポンプが最終的に固体で完全に塞がれることがある。

全ての水平スラリーポンプは、回転するインペラを内部に設けたポンプケーシングを有し、インペラは、片持軸の一端に止着されている。その軸は、軸受内を回転すると共に、シール室を介してポンプケーシングの駆動側に貫入する。シール室は、通常、ポンプケーシングの後部に取付けられた別個の部品であると共に、多数の形状を取る。一つの形状は、軸がシール室／ポンプケーシング壁を通過する時に軸を封止するパッキンリングを含むスタッフィングボックスである。別の形状は排出チャンバーである。これらの２個の形状の一方又は両方は、ポンプ能力、ライナー材料又は用途に拘わらずに用いることができる。別の型式の封止は、メカニカルシールによるものである。全ての場合において、シールは、ポンプケーシングによって支持されるシール室内に収納される。

ポンプの駆動側におけるシール室は、ポンプケーシングによって支持されると共に、金属又はエラストマー材料であり得る内部ポンプライナーに対して周囲を一般に封止される。ポンプケーシング内の内圧は、シール室の内面上に作用する。シール室は、主ポンプライナーに対してＯリング又は他の型式のエラストマーシール等のシールによって封止される。

本発明の目的は、ポンプに使用する圧力逃がし装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、ポンピング室を内部に有するポンプハウジング組立物を含むポンプ用の圧力逃がし装置において、ポンプハウジング組立物は、通常作業位置と排出位置の間を移動するように装着された部材を含み、又、剪断要素が、前記部材を通常作業位置に保持するように構成されると共に、ポンピング室内の圧力が前記部材に作用し得るように前記部材が装着され、更に、ポンピング室内の圧力が規定圧力に到達すると、剪断要素が破壊することにより、前記部材が通常作業位置から排出位置に移動することを許容する。排出位置において、ポンピング室内の圧力を逃がすことができる。

本発明の一形式において、ポンプは、流体連通するポンピング室とシール室を含み、又、シール室が、操作位置と排出位置の間を移動するように装着された側壁部を含むと共に、剪断要素が、側壁部を操作位置に保持するように構成されている。シール室内の圧力が規定圧力に到達すると、剪断要素が破壊することにより、側壁部が操作位置から排出位置に移動することを許容する

ポンプは、ポンピング室を中に有するように互いに操作接続された２個の部分を有するケーシングを含む。ポンプは、従来通りに、入口と出口を含む。インペラが、ポンピング室内に設けられると共に、駆動軸によって駆動されるように構成されている。

シール室は、封止組立物の一部を形成する一方、側壁部は、限定的な軸方向移動するように装着されている。

好ましくは、側壁部は、設置された位置において、ハウジングの部分の一方に装着されている。ポンプケーシングと側壁部は、協働する肩部を有すると共に、剪断要素が肩部の間に配置されている。一形式において、剪断要素は、大体半径方向に突出する１個以上の剪断フランジを有するリング本体を含む。設置された位置において、リング本体の一側縁部が肩部の一方に当接するように構成されると共に剪断部が肩部の他方に当接するように構成されている。剪断要素が破壊する時にポンプケーシングと側壁部の間の軸方向移動が許容されるように、ポンプケーシングと側壁部の肩部が互いに離隔している

別の形式において、各剪断フランジは、リング本体の穴に嵌入される突出剪断ピンに置換されている。本実施の形態では、負荷は、特定圧力で剪断破壊する剪断ピンによって支持される。

側壁部の回転を防止する手段を更に設けてもよい。一形式において、このような手段は、ポンプケーシングの一部に当接するように構成された１個以上の出張りを含む。

本発明の別の態様によれば、上記装置に用いられる剪断要素であって、本体部と、ポンピング室内の規定過剰圧力で破壊する剪断出張り又は剪断突起とを含む剪断要素が設けられる。好ましくは、剪断要素は、半径方向に延在する１個以上の出張り又はピンを有するリング本体を含む。好ましくは、ポンプ内のスラリーの規定超過圧力に起因して軸方向に印加される剪断力での破壊に備えるための長さを各々が有する２個の出張りが設けられる。

図１乃至図３に一般的に１０で示されるポンプは、一連のボルト１５によって互いに接続された２個の部分１３と１４を含むポンプケーシング１２を備えるハウジング組立物を含む。ポンプ１０は入口１７と出口１８を含む。ライナー２０が、ポンプケーシング１２内に配置されると共に、周辺部２１、入口部又はスロートブッシュ２２と後部２３を含む。ポンプ１０は、更に、駆動軸２６に操作接続されたポンピング室２５内に配置されたインペラ２７を含む。

ハウジング組立物は、更に、運動用シール組立物を含み、駆動軸２６は、運動用シール組立物を介してポンピング室２５に挿入される。運動用シール組立物は、内部にエキスペラ３２を有するシール室３１を含む。シール室３１は、接続通路３３を介してポンピング室２５に連通している。

運動用シール組立物は、更に、側壁部４１と周壁部４２を含む外方シール壁４０を含む。外方シール壁４０は、ポンプケーシング１２に対して通常作業位置に装着されるように構成される。この目的のために、外方シール壁４０とケーシング部分１３は、間に剪断要素４５を挟むように協働する肩４３と４４を有する。図６に示すように、剪断要素４５は、半径方向に突出する１個以上の剪断フランジ４７を有するリング４６を含む。通常作業位置において、リング４６の一側縁は肩４４に当接し、剪断フランジ４７は肩４３に当接する。図２から明らかなように、肩４３と４４は、設置された位置において互いに離隔している。ボルト４８は、２個の部品４３と４４を通常作業位置に保持する。周壁部４２の縁部は、壁とライナー２０の後部２３の間を封止するＯリング２９から成る封止要素を含む。図７の実施の形態では、剪断フランジ４７が剪断ピン４９に置換されている。

シール室３１内のどの圧力も、リング４６に印加される軸方向力を生じることが理解されるだろう。リング４６の材料は、ばらつきのない機械的強度特性を有するならば金属でも非金属でもよい。前述したように、剪断要素４５は、外周に好ましくは２個以上のフランジ又は出張り４７を有するリング本体４６を含む。ポンプ内に生じるスラリー圧力によって発生される軸方向力が、これらの出張り又はフランジ４７に伝達される。各出張り４７の寸法は、剪断下の面積を変動させることにより、リング４６の破壊が生じる圧力を変動させるように、変動させることができる。

ポンプ内圧が、例えば、閉塞及び零又は近似的零の流量により所定値まで増加する時、出張り４７は、破壊することにより、外方シール壁４０がポンプケーシング部分１３から軸方向に外方へ移動することを許容する。外方シール壁４０のこの移動は、シール室３１と内部ポンプライナー２０の間のシール（例えば、Ｏリング）２９を着座離脱又は飛ばすと共に、スラリーの逃散を許容することにより、ポンプの内部過剰圧力を逃がす。外方シール壁４０の移動と排出が図１の矢印で示される。

剪断要素４５が破壊する圧力は、ポンプの最大許容作業圧力定格とその最大許容試験圧力の間に設定することができる。圧力をこの範囲内に指定することは、ポンプ部品とボルト締めが、過剰加圧中に過剰応力を受けないと共に、破壊した剪断要素４５の交換の後に安全に再使用できることを意味する。

ライナー２０とシール室３１の間のシール２９が漏れを生じる時、過剰加圧がポンプ内で逃がされる。リング４６が破壊すると共にシール室３１のシールが軸方向に移動しているので、漏れが、Ｏリング又はエラストマーシール２９を通過して発生する。シール室３１が所定位置から恒久的に移動しているので、その漏れは続く。

圧力の継続的な逃がしを容易にするために、液体と固体は、シール室３１上のシールを過ぎて、次に、シール室３１の周囲上の通路のような一連の溝又はひだを介して大気に押出される。従って、ポンプ内の圧力が大気に近くなるまで、漏れは、シール室３１とポンプケーシング１２の間を外の大気まで連続的である。リング４６の破壊とシール室３１の移動によって間隙が増大するにつれて、高圧と蒸気の逃がしがシール室３１内のＯリング２９を通過する。外の大気への逃散は、上記したようにシール室３１内のスロット又は溝を介してなし得るが、逃散は、又、ポンプケーシング１２の駆動側部分の特殊な穴を介してもなし得る。逃散する液体と蒸気を下方へ地面に指向させるために、ベント管をポンプケーシング１２の通気孔に止着することができる。これは、安全性を高めるだろう。

ポンプからの漏れと噴霧は、ポンプの背面又は駆動側に設けたガード等によって抑えることができる。別の構成では、逃がし流れは、保護されると共に、下方へ地面に指向させてもよい。

もしリング４６が破壊して、シール室３１がポンプから軸方向に外方へ移動すると、シール室３１は、駆動軸２６と共に自由に回転する。シール室３１の回転を防止するために、１個以上の出張り４９が、シール室３１の外径に鋳込むか取付けられると共に、回転を防止するために植込ボルト等により固着される。

図４と図５は、本発明の別の実施の形態にかかるポンプを示す。図１乃至図３に関して記載したのと同じ部品を指すのに、同じ参照番号が使用されている。

この実施の形態においては、ハウジング組立物の運動用シール組立物がグランドシール組立物に置換されている。グランドシール組立物は、ポンプケーシング１２に対して軸方向に移動するように装着されたグランドシールハウジング又はスタッフィングボックス４１を含み、剪断要素４５は上記したのと同様に設置及び操作される。

隙間３１が図示されているけれども、それは本発明の実施に必須ではない。必要なことは、ポンピング室２５内の圧力がグランドシールハウジング又はスタッフィングボックス４１に作用し得ることだけである。

本発明は、連続的なスタンバイ圧力逃がし能力を有する構成を提供する。本発明の構成は、ポンプ構造、ポンプ部品を形成する材料、使用される部品、ポンプ設置構成、関連する配管工事、ポンプ使用者が、本発明を含むポンプに対して、過剰圧力逃がし保護装置を設置したり忘れる場合にしがちな調整から大いに独立している。

その構成の利点は、ポンプではなくて、要素が安全圧力で破壊する、即ち、ポンプは影響を受けないことを含む。破壊圧力は、ポンプの最大設計圧力より十分に低い。破損した要素を除去して新しいものと交換することによって、ポンプは再使用することができる。漏れは抑制及び制御される。破壊に続いて破片が飛散する可能性がない。ある要素が破損する時、その部品はレトロフィット可能であるので、インペラが、破損直後の心狂いによりケーシングに摩擦する場合のように、他のポンプ部品のいずれも後で破壊する危険にさらされない。

本発明の一実施の形態にかかるポンプの概略側面図である。 図１のポンプのシールリングの詳細図である。 図１のポンプの組立物の一部の詳細図である。 本発明の別の実施の形態にかかるポンプの概略側面図である。 図４のポンプのシールリングの詳細図である。 本発明にかかる剪断要素の一形状を示す図である。 本発明にかかる剪断要素の別の形状を示す図である。

符号の説明

１０ ポンプ
１２ ポンプケーシング
１３ 部分
１４ 部分
２５ ポンピング室
２６ 駆動軸
２７ インペラ
３１ シール室
４０ 外方シール壁
４１ 側壁部
４２ 周壁部
４５ 剪断要素
４６ リング
４７ 剪断フランジ
４９ 剪断ピン

Claims (5)

1. ポンピング室を内部に有するポンプハウジング組立物を含むポンプ用の圧力逃がし装置において、
   ポンプハウジング組立物は、通常作業位置と排出位置の間を移動するように装着された可動部材を含み、又、剪断要素が、可動部材を通常作業位置に保持するように構成されると共に、ポンピング室内の圧力が可動部材に作用し得るように可動部材が装着され、更に、ポンピング室内の圧力が規定圧力に到達すると、剪断要素が破壊することにより、可動部材が通常作業位置から排出位置に移動することを許容し、
   ポンプハウジング組立物が、接続通路を介して流体連通するポンピング室とシール室を含み、又、シール室が、可動部材を形成する側壁部を含むと共に、剪断要素が、側壁部を通常作業位置に保持するように構成され、更に、シール室内の圧力が規定圧力に到達すると、剪断要素が破壊することにより、側壁部が通常作業位置から排出位置に移動することを許容する圧力逃がし装置。
2. ポンプハウジング組立物が、更に、ポンプケーシングを備えて、側壁部がポンプケーシングに対して装着され、又、ポンプケーシングと側壁部は協働する肩部を有すると共に、前記肩部の間に剪断要素が配置され、更に、剪断要素は、半径方向に突出する１個以上の剪断部を有するリング本体を含む一方、通常作業位置において、リング本体の一側縁部が前記肩部の一方に当接するように構成されると共に剪断部が前記肩部の他方に当接するように構成され、且つ、剪断要素が破壊する時にポンプケーシングと側壁部の間の軸方向移動が許容されるように、ポンプケーシングと側壁部の前記肩部が互いに離隔している請求項１に記載の圧力逃がし装置。
3. 側壁部の回転を防止する手段を更に含む請求項１又は２に記載の圧力逃がし装置。
4. 剪断要素が、リング本体から突出するフランジ又は出張りから成る請求項２又は３に記載の圧力逃がし装置。
5. 剪断要素が、リング本体に装着されると共にリング本体から突出する剪断ピンから成る請求項２又は３に記載の圧力逃がし装置。

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