JP4885253B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等のターボポンプを含むポンプや水車等の流体機械に関する。

流体機械のケーシングには、ケーシング半体をケーシングボルトで締め付けて合わせ面で接合させた分割構造のものがある。ケーシング内部からの液体の漏洩防止のためにガスケットを合わせ面に装着する場合がある。この種のガスケットとしてはリング状、紐状、及びシート状のものが知られている（例えば非特許文献１参照）。また、液状のガスケットも知られている。

従来のリング状や紐状のガスケットは断面形状が円形のものが一般的である。図６（Ａ），（Ｂ）は円形断面の紐状ガスケットの一例を示す。流体機械のケーシング１は、下部ケーシング２と上部ケーシング３により構成される。図示しないケーシングボルトの締め付けによって下部及び上部ケーシング２，３の合わせ面２ａ，３ａが接合され。下部ケーシング２の合わせ面２ａに形成された収容溝４に円形断面のゴム製の紐状ガスケット５が配置されている。紐状ガスケット５の断面形状は、図６（Ａ）に示すように下部及び上部ケーシング２，３の組立前は真円に近い円形であるが、図６Ｂ（Ｂ）に示すように下部及び上部ケーシング２，３の組立後は合わせ面２ａ，３ａ間に挟み込まれることで楕円形状となる。収容溝４はケーシング１の主軸６が貫通する部分（軸貫通部７）に延びており、この部分では図４（Ａ），（Ｂ）において右側の側壁が軸貫通部７に開放している。軸貫通部７には主軸６の軸封装置であるグランドパッキン８が取り付けられている。しかし、前述のように紐状ガスケット５の断面は楕円形状となるため、紐状ガスケット５とグランドパッキン８の間には符号Ａ１，Ａ２で示す箇所に隙間が生じ、これらの隙間を通ってケーシング１内の液体が外部に漏洩する。このように、従来の断面円形の紐状ガスケット５ではケーシング１の軸貫通部７を確実にシールできない。

シート状ガスケットの場合、ケーシング内部の液体が高圧となってもシール機能を確保するために合わせ面の面圧を高めるには、大型のケーシングボルトを使用して強い締付力でケーシング半体を互いに締め付ける必要がある。そのため、大型のケーシングボルトに対応した大面積を有し、かつ強い締付力に耐え得る大きな肉厚を有するフランジをケーシング半体に設ける必要がある。その結果、ケーシングが大型化・重量化する。また、流体機械の構造上、このような大面積で肉厚の大きいフランジを設けることができない場合もある。

液状のガスケットの場合、ケーシング内部の液体の圧力が高圧となるとシール機能が低下する。

梶原滋美著、「新版 ポンプとその使用方法」、丸善株式会社、平成元年８月３０日、P.９４−９５

本発明は、分割構造のケーシングを有する流体機械において、小型かつ軽量で低コストの構造によりケーシングの軸貫通部を確実にシールすることを課題とする。

本発明は、合わせ面で接合するように互いに締め付けた一対のケーシング半体を備え、内部に羽根車が配置された空間が形成され、かつ前記羽根車が固定された主軸が貫通する軸貫通部が設けられたケーシングと、前記軸貫通部に取り付けられた軸封装置と、前記ケーシング半体の少なくとも一方の合わせ面に、前記ケーシング内の空間を取り囲み、かつ前記軸貫通部まで延びるように形成された収容溝と、前記収容溝に収容された断面矩形状の紐状ガスケットとを備える流体機械を提供する。

紐状ガスケットは断面が矩形状であるため一対のケーシング半体の合わせ面で挟み込まれると軸貫通部に取り付けられた軸封装置に密着し、紐状ガスケットと軸封装置との間に隙間が生じない。つまり、紐状ガスケットを矩形断面とすることでケーシングの軸貫通部を確実にシールできる。

紐状ガスケットを使用するので、シート状ガスケットを使用する場合と比較して合わせ面の面圧を低く設定しても必要なシール機能が確保できる。そのため、締め付け用のケーシングボルトは大型のものを使用する必要がなく、ケーシング半体に設けるフランジの面積及び肉厚も大きく設定する必要がない。その結果、ケーシングボルト及びケーシングを小型化・軽量化できる。

液状ガスケットと比較すると、高圧となってもシール機能が低下しない。

ケーシングボルト及びケーシングを小型化・軽量化できることに加え、紐状ガスケット自体も比較的安価であるので、製造コストを低減できる。

本発明の流体機械では、小型かつ軽量で低コストの構造によりケーシングの軸貫通部を確実にシールできる。

本発明の実施形態にかかる横軸両吸込渦巻ポンプを示す斜視図である。 上部ケーシングを取り外した状態での実施形態の横軸両吸込渦巻ポンプの平面図。 下部ケーシングの平面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は実施形態の横軸両吸込渦巻ポンプにおけるケーシングの組立前後の下部及び上部ケーシングと紐状ガスケットを示す模式的な部分断面図。 上部ケーシングを取り外した状態での変形例の横軸両吸込渦巻ポンプの平面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は従来例におけるケーシングの組立前後の下部及び上部ケーシングと紐状ガスケットを示す模式的な部分断面図。

図１から図４は本発明の実施形態にかかる横軸両吸込渦巻ポンプ１０（以下、単にポンプ１０という。）を示す。

ポンプ１０は分割構造（水平割り型）のケーシング１１を備える。具体的には、ケーシング１１は下部ケーシング１２と上部ケーシング１３とを備える。下部ケーシング１２と上部ケーシング１３は、図示しないケーシングボルトによって合わせ面１２ａ，１３ａで接合するように締め付けられている。ケーシングボルトは下部及び上部ケーシング１２，１３のフランジ１２ｂ，１３ｂに設けられた貫通孔１４に挿通される。

ケーシング１１の内部空間２０は、共に渦巻室状である吸込室２１と吐出室２２に区画されている。吸込室２１は下部ケーシング１２に設けられた吸込口２３に連通し、吐出室２２は下部ケーシング１２に設けられた吐出口２４に連通している。また、吐出室２２には斜流型の羽根車２５が収容されている。羽根車２５の入口２５ａ，２５ａは吸込室２１に臨み、出口２５ｂは吐出室２２に開口している。羽根車２５が固定された主軸２６の両端はケーシング１１を貫通して延びており、軸受２７Ａ，２７Ｂによって回転自在に支持されている。図示しない駆動装置によって回転駆動される主軸２６と共に羽根車２５が回転すると、吸込口２３から吸入された液体が吸込室２１を経て羽根車２５の入口２５ａ，２５ａに流入する。羽根車２５の出口２５ｂから流出した液体は吐出室２２を経て吐出口２４から吐出される。

ケーシング１１の主軸２６が貫通している部分（軸貫通部３１Ａ，３１Ｂ）には、軸封装置としてのグランドパッキン３２がそれぞれ取り付けられている。グランドパッキン３２は編組構造体であるパッキン３３とパッキン押さえ３４を備える。パッキン押さえ３４でパッキン３３を締め付けることで、主軸２６の外周にパッキン３３が密着してシール機能を果たし、内部空間２０（吸込室２１）からケーシング１１の外部への液体の漏洩を防止している。

下部ケーシング１２の合わせ面１２ａには、収容溝４１Ａ，４１Ｂが形成されている。個々の収容溝４１Ａ，４１Ｂは概ねケーシング１１の内部空間２０を取り囲むように配置されている。また、個々の収容溝４１Ａ，４１Ｂの一方の端部４１ａは一方の軸貫通部３１Ａまで延びており、他方の端部４１ｂは他方の軸貫通部３１Ｂまで延びている。端部４１ａ，４１ｂでは収容溝４１Ａ，４１Ｂの一方の側壁が軸貫通部３１Ａ，３１Ｂに開放している（端部４１ａ，４１ｂと軸貫通部３１Ａ，３１Ｂが連通している）。例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、収容溝４１Ａの端部４１ｂでは、収容溝４１Ａの図において右側の側壁が軸貫通部３１Ｂに開放している。また、収容溝４１Ａ，４２Ｂの両方の端部４１ａ，４１ｂは軸貫通部３１Ａ，３１Ｂを超えて下部ケーシング１２の外側周面まで延びている。

個々の収容溝４１Ａ，４１Ｂには紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂがそれぞれ収容されている。紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂの断面形状は矩形状である。本明細書において、「矩形状」とは、正方形、長方形、又は実質的にこれらの形状とみなせる形状を含む。例えば、長方形の隅部にアール付けや面取を施した形状も、矩形状に含まれる。紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂは、収容溝４１Ａ，４１Ｂの一方の端部４１ａから他方の端部４１ｂまで途切れることなく配置されている。紐状の断面の形状及び寸法は図４（Ａ）に示すように下部及び上部ケーシング１２，１３の組立前は下部ケーシング１２の合わせ面１２ａから所定量だけ突出するように設定されている（締め代）。紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂを構成する材料としては、弾性、柔軟性、液体が浸透しない緻密性、締付力に抗する強靱性等を有するものが好ましい。このような特性を有する材料としては、例えば、天然ゴム、合成ゴム等のゴムがある。

図４（Ｂ）に示すように、下部及び上部ケーシング１２，１３を組み付けると、ケーシングボルト（図示せず）の締め付けによって紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂが合わせ面１２ａ，１３ａ間に挟み込まれ、紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂの断面形状が変形する。その結果、合わせ面１２ａ，１３ａは紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂの図において上下面に密着し、合わせ面１２ａ，１３ａを通って内部空間２０（吸込室２１と吐出室２２）からケーシング１１の外部へ液体が漏洩するのを防止する。つまり、紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂは合わせ面１２ａ，１３ａのシール機能を果たす。

また、図４（Ｂ）に示すように、下部及び上部ケーシング１２，１３を組み付けて合わせ面１２ａ，１３ａ間に挟み込むと、紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂの断面の一方の側部（図４（Ｂ）では右側の側部）がグランドパッキン３２（具体的にはパッキン３３）の外周面に隙間なく密着する。図６（Ｂ）を併せて参照すると、断面円形の紐状ガスケット５の場合、楕円形状に変形した紐状ガスケット５とグランドパッキン８の間には符号Ａ１，Ａ２で示す箇所に隙間が生じ、これらの隙間を通ってケーシング１内の液体が外部に漏洩する。しかし、図４（Ｂ）に示すように、断面矩形としている本実施形態の紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂの場合、符号Ａ１，Ａ２で示す箇所を含めた紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂの断面形状の一方の側部全体が、グランドパッキン３２の外周面に隙間なく密着する。従って、本実施形態のように紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂの断面形状を矩形状とすることにより、ケーシング１１の軸貫通部３１Ａ，３１Ｂを確実にシールして、この部分からの液体の漏洩を防止できる。

また、本実施形態では、紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂを使用するので、シール状ガスケットを使用する場合と比較して合わせ面１２ａ，１３ａの面圧を低く設定しても必要なシール機能を確保できる。そのため、締め付け用のケーシングボルトに大型のものを使用する必要がなく、下部及び上部ケーシング１２，１３に設けるフランジ１２ｂ，１３ｂの面積及び肉厚も大きく設定する必要がない。その結果、ケーシングボルト及びケーシング１１を小型化・軽量化できる。

さらに、液状ガスケットと比較すると、ケーシング１１の内部空間２０の液体の圧力が高圧となってもシール機能が低下しない。

さらにまた、ケーシングボルト及びケーシング１１を小型化・軽量化できることに加え、紐状ガスケット４２Ａ，４２Ｂ自体も安価であるので、製造コストを低減できる

本発明は実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図５に示すように主軸６の軸封装置としてグランドパッキン３２に代えてメカニカルシール５２を採用してもよい。また、下部ケーシング１２に加え上部ケーシング１３に収容溝４１を設けてもよく、上部ケーシング１３にのみ収容溝４１を設けてもよい。さらに、本発明は、実施形態のような横軸両吸込渦巻ポンプに限定されず、他の形式の種々のターボポンプに適用でき、水車にも適用できる。

１ ケーシング
２ 下部ケーシング
２ａ 合わせ面
３ 上部ケーシング
３ａ 合わせ面
４ 収容溝
５ 紐状ガスケット
６ 主軸
７ 軸貫通部
８ グランドパッキン
１０ 横軸両吸込渦巻ポンプ
１１ ケーシング
１２ 下部ケーシング
１２ａ 合わせ面
１２ｂ フランジ
１３ 上部ケーシング
１３ａ 合わせ面
１３ｂ フランジ
１４ 貫通孔
２０ 内部空間
２１ 吸込室
２２ 吐出室
２３ 吸込口
２４ 吐出口
２５ 羽根車
２５ａ 入口
２５ｂ 出口
２６ 主軸
２７Ａ，２７Ｂ 軸受
３１Ａ，３１Ｂ 軸貫通部
３２ グランドパッキン
３３ パッキン
３４ パッキン押さえ
４１Ａ，４１Ｂ 収容溝
４１ａ，４１ｂ 端部
４２Ａ，４２Ｂ 紐状ガスケット
５２ メカニカルシール

Claims (1)

1. 合わせ面で接合するように互いに締め付けた一対のケーシング半体を備え、内部に羽根車が配置された空間が形成され、かつ前記羽根車が固定された主軸が貫通する軸貫通部が設けられたケーシングと、
   前記軸貫通部に取り付けられた軸封装置と、
   前記ケーシング半体の少なくとも一方の合わせ面に、前記ケーシング内の空間を取り囲み、かつ前記軸貫通部まで延びるように形成された収容溝と、
   前記収容溝に収容された断面矩形状の紐状ガスケットと
   を備える流体機械。

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