JP4750154B2 - 横軸ポンプの軸封装置の保護機構 - Google Patents

Description

本発明は横軸ポンプの軸封装置の保護機構に関するものである。

特許文献１に示すように、ポンプ主軸が吸込ケーシングを貫通する位置に軸封部を有する横軸ポンプが知られている。横軸ポンプの軸封部では潤滑や冷却のために油を使用しているが、軸封部は完全な密閉構造とはなっておらず油は漏洩する。軸封部から漏洩した油は、ポンプで使用する水に直接混入し、その混入水が環境中に放出されると自然界に及ぼす影響が大きい。しかしながら、従来の横軸ポンプでは、軸封部から油が環境中へ直接流出することを防止する策はとられていなかった。

メンテナンスのためにポンプケーシング内に水がない状態で３０分程度横軸ポンプの管理運転を行う必要があるが、軸封部としてのメカニカルシールに注油していても、１０分程度でメカニカルシールの温度は許容範囲の７５℃にまで達する。このような許容範囲を超えた状態で管理運転を続行すると、メカニカルシールの寿命を短縮してしまうという問題があった。

特開平１０−２３８４９３号公報

本発明は、注油型の軸封装置から漏洩した油が環境中の水へ混入するのを防止するとともに、気中運転時に軸封装置の冷却が可能な横軸ポンプの軸封装置の保護機構を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の横軸ポンプの軸封装置の保護機構は、横軸ポンプの軸封装置の保護機構において、ポンプ主軸を軸封する注油型の軸封装置のインペラ側に前記ポンプ主軸が貫通するように設けられ、前記ポンプ主軸により駆動される攪拌部材が配置された油溜まり部と、前記軸封装置と前記油溜まり部の間に設けられ、前記ポンプ主軸により駆動されるはねかけ部材と、前記はねかけ部材に対して前記インペラ側に配置されたねじシールとを有する水貯め部と、を備えるようにしている。

この構成により、軸封装置から漏洩した油がインペラ側へ流出するのを水貯め部のねじシールにより防止し、ねじシールからインペラ側へ漏洩した場合でも油溜まり部に滞留させるようになっている。油溜まり部に滞留させた油は、ポンプ主軸により駆動される攪拌部材によって攪拌される。水貯め部のはねかけ部材は、ポンプ主軸の回転により水を軸封装置にはねかけて冷却することができる。

前記油溜まり部が、前記ポンプ主軸の周囲を取り囲み、かつ、内側に少なくとも１つ以上の凸部を有するカバーから構成されていることが好ましい。この構成をとることにより、カバーの内側の凸部がカバーの外側に油が流出するのを防止し、カバーの内部に油を貯留させることができる。

前記攪拌部材が、前記ポンプ主軸に固定された径方向に突出する部材及び／又は遊挿された攪拌リングであることが好ましい。この構成により、ポンプ主軸が回転することで、ポンプ主軸に固定された径方向に突出する部材及び／又は遊挿された攪拌リングにより油を攪拌することができる。

前記水貯め部が溝を備えていることが好ましい。この構成により、水貯め部の水を溝に貯留することができる。

前記はねかけ部材が、前記ポンプ主軸に固定された径方向に突出する部材であることが好ましい。この構成により、ポンプ主軸が回転することで、ポンプ主軸に固定された径方向に突出する部材により水をはねかけることができる。

メカニカルシール等の軸封装置の接液側に、回転体にねじシールを設け、そのねじシールのねじに潤滑油が軸封装置に戻るような巻きリードを持たせて軸封装置から漏洩した油を軸封装置側に戻すとともに、油がねじシールを通過した場合でも、ネジシールに隣接して設けた油溜まり部に滞留させることにより、軸封装置から漏洩した潤滑油が環境中の水に混入するのを防止することができる。

油を油溜まり部内に滞留させることで微生物により分解させることができる。また、ポンプ主軸に固定された部材およびポンプ主軸に遊挿された攪拌リングにより攪拌することで、油に空気中の酸素を混入させることができ、バクテリアによる分解を促進させることができる。その結果、漏洩した油が環境中の水へ混入するのを防止することができる。

水貯め部の溝に貯留している水をはねかけ板が軸封装置にはねかけることにより、気中運転時に発熱した軸封装置を冷却することができる。これにより、シールの寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は本発明の実施形態に係る軸封装置の保護機構１を備える横軸斜流ポンプ（以下、横軸ポンプという。）２を示す。この横軸ポンプ２のポンプケーシング３は、水槽から延びる吸込管（図示せず）に接続された吸込ケーシング４と、この吸込ケーシング４に連結された吐出ケーシング５とを備える。吸込ケーシング４には、水平外側方向に突出した突出部４０が設けられている。吐出ケーシング５には、仕切弁６が介装された吐出側管路７が接続されている。

インペラ９は吐出ケーシング５内に配置されている。インペラ９が固定されたポンプ主軸１０は、ポンプケーシング３内で水平方向に延びている。ポンプ主軸１０の先端は、吐出ケーシング５内であってインペラ９よりも吐出側に位置する。一方、ポンプ主軸１０の基端は吸込ケーシング４を貫通して外部に位置し、軸継手１１を介して原動機等を含む動力源（図示せず）に連結されている。

吸込ケーシング４には、ポンプ主軸１０の軸封のために無注水メカニカルシール（軸封装置）１２が取り付けられている。この無注水メカニカルシール（以下、メカニカルシールという。）１２には液面検出スイッチ１３ａ付きのグリスタンク１３から潤滑用のグリスが供給される。このメカニカルシール１２に使用するグリスとしては、生分解性が高いことから植物性潤滑油が好ましい。ここでいう生分解性とは、有機物の構成元素である炭素、水素が微生物によりそれぞれ二酸化炭素、水まで分解され、最終的に無機化される難易性の程度をいう。軸封装置の保護機構１は、メカニカルシール１２のインペラ９側に隣接して設けられている。また、吸込ケーシング４の外側には、ポンプ主軸１０を支持するためのラジアル及びスラストの軸受１４，１５が取り付けられている。さらに、吸込ケーシング４には覗き孔１６が設けられている。

吐出ケーシング５内のインペラ９よりも吐出側に、軸受ケーシング１７が配置されている。この軸受ケーシング１７はガイドベーン１９によって吐出ケーシング５に連結されている。軸受ケーシング１７内に位置するポンプ主軸１０の先端付近は、軸受装置１８の備える水中軸受２０によって支持されている。軸受ケーシング１７とインペラ９との間には隙間があり、この隙間により軸受ケーシング１７内は軸受ケーシング１７の外側（インペラ９によって加圧された揚水が通過する）と連通している。

軸受装置１８は、軸受ケーシング１７内に配置された軸受箱２２を備える。この軸受箱２２内に軸受室２３が形成されており、この軸受室２３内にポンプ主軸１０を支持する水中軸受２０が収容されている。ポンプ主軸１０が軸受室２３に進入する部分は、メカニカルシール２４で軸封されている。軸受装置１８は、入口ポート２２ａと出口ポート２２ｂを備えており、入口ポート２２ａには供給管２６の一端が接続され、出口ポート２２ｂには戻り管３１の一端が接続されている。

供給管２６は入口ポート２２ａから軸受ケーシング１７及びポンプケーシング３を貫通して外部へ延び、他端がジョイント３０を介して外部に配置されたグリスタンク２５と戻り管３１に接続されている。また、戻り管３１は出口ポート２２ｂから軸受ケーシング１７及びポンプケーシング３を貫通して外部へ延び、他端がジョイント３０を介してグリスタンク（潤滑油タンク）２５と供給管２６に接続されている。

吐出ケーシング５には、インペラ９よりも吐出側の位置に吸引ポート５ａとドレーンポート５ｂが設けられている。吸引ポート５ａには、横軸ポンプ２の運転開始時に呼水（満水）のための真空吸引を行う真空ポンプ２１が接続されている。

以下、図１及び図２を参照して軸封装置の保護機構１について説明する。軸封装置の保護機構１は、水貯め部５６と油溜まり部５７から構成されている。

水貯め部５６は、吸込ケーシング４の突出部４０の内部に設けられている。水貯め部５６のメカニカルシール１２側には、突出部４０の内壁にポンプ主軸１０の周方向に連続する溝６０が設けられている。水貯め部５６には、はねかけ板（はねかけ部材）５１及びねじシール５２を備えている。

はねかけ板５１はリング状の弾性材料からなっており、その厚さは一様である。はねかけ板５１は、ポンプ主軸１０に外嵌した状態でその外端が溝６０の有する空間に到達し、溝６０の底面には干渉しない大きさである。はねかけ板５１は、溝６０に対応する位置でポンプ主軸１０に外嵌固定されている。

はねかけ板５１のメカニカルシール１２と反対側には、ねじシール５２が設けられている。ねじシール５２は、ポンプ主軸１０が回転したときにメカニカルシール１２から漏洩した油がねじシール５２から油溜まり部５７側に流出しないように戻される方向にねじが切られている。

油溜まり部５７は、水貯め部５６から吸込ケーシング４の水平内側方向に設けられている。油溜まり部５７は、吸込ケーシング４の内壁からポンプ主軸１０の周囲を取り囲むように水平内側方向に突出するカバー５５によって形成されている。油溜まり部５７には、攪拌板５３（攪拌部材）及び攪拌リング（攪拌部材）５４を備えている。

カバー５５は、内部に２列の凸部６１が形成され、２列の凸部６１で仕切られた３つの油溜まり室６２を備えている。カバー５５は両端開口で、ポンプ主軸１０がカバー５５を貫通している。

攪拌板５３は、水貯め部５６に最も近い油溜まり室６２に収容されるようにポンプ主軸１０に外嵌固定されている。攪拌板５３の大きさ及び材質ははねかけ板５１と同様である。

攪拌リング５４は、攪拌板５３が収容された油溜まり室６２に隣接する油溜まり室６２に、ポンプ主軸１０に対して遊挿されている。攪拌リング５４は、リング状の弾性材料からなっており、その厚さは一様である。攪拌リング５４は、ポンプ主軸１０に遊挿した状態でその外端が油溜まり室６２の有する空間に到達可能な大きさである。

次に、横軸ポンプ２の軸封装置の保護機構１の動作を説明する。横軸ポンプ２の運転開始時には、呼水（満水）のためにポンプケーシング３内を真空ポンプ２１で真空吸引する必要がある。この真空吸引により水槽の水が吸込管（図示せず）を通じて吸い上げられ、ポンプケーシング３内は満水になる。

呼水の完了後に横軸ポンプ２が起動を開始すると、水はインペラ９の回転により遠心力が与えられてガイドベーン１９側へ押し出され、ガイドベーン１９によって整流された後、吐出側管路７へ吐出される。

横軸ポンプ２は運転停止により、インペラ９の回転が停止すると、吸込ケーシング４内を水槽の水圧より低圧に維持することができなくなるので、吸込ケーシング４内に水を保持できず、吸込ケーシング４内から揚水はなくなる。

吸込ケーシング４内に水がない状態であっても、メンテナンスのためには横軸ポンプ２の運転をする必要はある。その運転時間は３０分程度必要とされている。

気中運転（ポンプケーシング３内に水が存在しない状態（インペラ９が空気中にある状態）での運転）時、カバー５５の油溜まり室６２及び水貯め部５６の下方には、通常運転時にポンプケーシング３内を満たしていた水が滞留したままである。メカニカルシール１２から漏洩した油は、水貯め部５６に滞留している水に流入する。図３に示すように、運転時に、油がねじシール５２とポンプケーシング３の間に侵入して油溜まり部５７側へ流出しようとしても、ポンプ主軸１０の回転方向に対応して切られたねじシール５２の巻きリード６５によって、油はメカニカルシール１２の方へと戻されるので、油溜まり部５７側への流出は防止できる。

油がねじシール５２を通過し、油溜まり部５７側へ流出した場合でも、カバー５５の下方の凸部６１により堰き止められ、凸部６１と凸部６１によって区切られた油溜まり室６２で既に滞留していた水の中へと流入し、長期間滞留する。そこに滞留する水と油の混合液は、ポンプ主軸１０が回転すると、ポンプ主軸１０に固定された攪拌板５３及び／又はポンプ主軸１０に遊挿された攪拌リング５４によって攪拌される。油を分解する能力を有する細菌はいたるところに存在しているので、そのように攪拌することで、空気中の細菌及び酸素を取り込むことができる。その結果、細菌による油から水と二酸化炭素への分解をより促進させることができ、漏洩した油が環境中の水へと混入するのを防止することができる。

また、水貯め部５６の水は、下方の溝６０に流入し滞留している。ポンプ主軸１０を回転させると、ポンプ主軸１０に固定されたはねかけ板５１が溝６０に滞留している水を、メカニカルシール１２の端面にはねかける。気中運転では、１０分程度でメカニカルシール１２の最高許容温度（７５℃）に達するが、管理運転としての気中運転は３０分程度必要とされるので、最高許容温度を超えた状態で使用を続行しなければならなくなる。そのような使用では、メカニカルシール１２の寿命を短縮する。しかしながら、上述したはねかけ板５１がメカニカルシール１２の端面に水をはねかけるので、メカニカルシール１２の温度を最高許容温度（７５℃）以下に冷却することができる。これにより、メカニカルシール１２の寿命を延ばすことができる。

本発明は実施形態に限定されず、以下に列挙するように種々の変形が可能である。はねかけ板５１及び攪拌板５３は、切り欠きを有する円板を使用し、その切り欠きを広げることにより装着してもよい。また、はねかけ板５１及び攪拌板５３は、ねじ止めによりポンプ主軸１０に固定してもよい。攪拌板５３と攪拌リング５４の位置は、図２に示したものと異なるものであってもよい。はねかけ部材５１及び攪拌部材５３は、リング形状ではなく、単なる突起物であってもよい。はねかけ部材５１及び攪拌部材５３は弾性体でなくてもよい。溝６０は、より多くの水を貯留可能とするために、図２の溝の頂面より広くなるように溝６０の側壁をポンプ主軸１０方向に傾斜させてもよい。横軸斜流ポンプを例に本発明を説明したが、本発明は横軸軸流ポンプにも適用できる。

本発明の実施形態に係る軸封装置の保護機構を備える横軸ポンプを示す断面図。 本発明の実施形態に係る軸封装置の保護機構を示す断面図。 ポンプ主軸の回転方向に対応する方向に切られたねじシールの巻きリードを示す図。

符号の説明

１ 軸封装置の保護機構
２ 横軸ポンプ
３ ポンプケーシング
４ 吸込ケーシング
５ 吐出ケーシング
５ａ 吸引ポート
５ｂ ドレーンポート
６ 仕切弁
７ 吐出側管路
９ インペラ
１０ ポンプ主軸
１１ 軸継手
１２ 無注水メカニカルシール（軸封装置）
１３ グリスタンク
１３ａ 液面検出スイッチ
１４ ラジアル軸受
１５ スラスト軸受
１６ 覗き孔
１７ 軸受ケーシング
１８ 軸受装置
１９ ガイドベーン
２０ 水中軸受
２１ 真空ポンプ
２２ 軸受箱
２２ａ 入口ポート
２２ｂ 出口ポート
２３ 軸受室
２４ メカニカルシール
２５ グリスタンク
２６ 供給管
３０ ジョイント
３１ 戻り管
４０ 突出部
５１ はねかけ板
５２ ねじシール
５３ 攪拌板
５４ 攪拌リング
５５ カバー
５６ 水貯め部
５７ 油溜まり部
６０ 溝
６１ 凸部
６２ 油溜まり室
６５ 巻きリード

Claims (5)

1. 横軸ポンプの軸封装置の保護機構において、
   ポンプ主軸を軸封する注油型の軸封装置のインペラ側に前記ポンプ主軸が貫通するように設けられ、前記ポンプ主軸により駆動される攪拌部材が配置された油溜まり部と、
   前記軸封装置と前記油溜まり部の間に設けられ、前記ポンプ主軸により駆動されるはねかけ部材と、前記はねかけ部材に対して前記インペラ側に配置されたねじシールとを有する水貯め部と、
   を備える横軸ポンプの軸封装置の保護機構。
2. 前記油溜まり部が、前記ポンプ主軸の周囲を取り囲み、かつ、内側に少なくとも１つ以上の凸部を有するカバーから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の横軸ポンプの軸封装置の保護機構。
3. 前記攪拌部材が、前記ポンプ主軸に固定された径方向に突出する部材及び／又は遊挿された攪拌リングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の横軸ポンプの軸封装置の保護機構。
4. 前記水貯め部が溝を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の横軸ポンプの軸封装置の保護機構。
5. 前記はねかけ部材が、前記ポンプ主軸に固定された径方向に突出する部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の横軸ポンプの軸封装置の保護機構。

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