JP6295045B2 - Centrifugal pump - Google Patents
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Description
本発明は、清水、汚泥液、パルプ液、微細な粒子を含むスラリー液、サンド等といった種々の液体(被送流体)を移送する遠心ポンプに係り、特に、エキスペラの背面側に設けられる軸封部からの液漏れを防止する構造に関する。 The present invention relates to a centrifugal pump for transferring various liquids (delivered fluid) such as fresh water, sludge liquid, pulp liquid, slurry liquid containing fine particles, and sand, and in particular, a shaft seal provided on the back side of an expeller. The present invention relates to a structure that prevents liquid leakage from the part.
この種の遠心ポンプの軸封部は、グランドパッキンシールやメカニカルシールの他、エラストマ等を材料とするシールパッキンを用いたシール構造を有するものが知られている。軸封部の従来のシール構造の例を図6および図7に示す。なお、各図において、回転軸(駆動軸)の中心線から上側はポンプ停止時の状態を表し、下側は運転時の状態を表す。
図6および図7に示すように、この種の遠心ポンプは、前面が吸込み側とされたケーシング1と、ケーシング1内に設けられたインペラ(羽根車)2と、インペラ2を回転させる回転軸3と、回転軸3にインペラ2の背面側(駆動側)の位置に装着されたエキスペラ(補助羽根車)4とを備えている。インペラ2は自身の前面に複数枚の羽根5が設けられるとともに、背面に複数枚の裏羽根6が設けられている。エキスペラ4は自身の前面に平滑な面を有するとともに、背面に複数枚の羽根7を有している。ここで、本明細書では、インペラ2およびエキスペラ4の各々において、ケーシング1の吸込み側を「前面」、駆動側を「背面」とも呼ぶ。
A shaft seal portion of this type of centrifugal pump is known which has a seal structure using a seal packing made of an elastomer or the like in addition to a gland packing seal or a mechanical seal. An example of a conventional seal structure of the shaft seal portion is shown in FIGS. In each figure, the upper side from the center line of the rotating shaft (drive shaft) represents the state when the pump is stopped, and the lower side represents the state during operation.
As shown in FIGS. 6 and 7, this type of centrifugal pump includes a casing 1 whose front surface is the suction side, an impeller (impeller) 2 provided in the casing 1, and a rotating shaft that rotates the
図6に示す例では、ケーシング1には、エキスペラ4の背面側に軸封部100が設けられている。この軸封部100は、ケーシング1の背面側に回転軸3を囲繞するように軸方向に延設されたスタフィングボックス101を有する。同図に示す例では、回転軸3には、軸封部100の対向位置にスリーブ110が取り付けられている。スタフィングボックス101の内周面には、エラストマ等を材料とする複数のシールパッキン102が軸方向に離隔して配設されている。各シールパッキン102のリップ部102aは、スリーブ110の外周面と摺接されている。回転軸3が回転すると、スリーブ110、インペラ2およびエキスペラ4がともに回転し、インペラ2で被送流体を昇圧し移送することができる。なお、ケーシング1、スタフィングボックス101および各シールパッキン102は静止状態のままである。
In the example shown in FIG. 6, the casing 1 is provided with a
ここで、この種の遠心ポンプの軸封部は、図6を参照しつつ説明すると、ポンプ運転中において、ケーシング1の吸込み側では吸込圧力Psが作用し、インペラ2の外周部では、インペラ2前面の羽根5が回転することによるポンプ圧力Piが作用する。また、インペラ2の背面に裏羽根6がある場合、その周囲の液体には裏羽根6の回転によって遠心力が加わる。そのため、ポンプ圧力Piに対する減圧Pbが生じる。
Here, the shaft seal portion of this type of centrifugal pump will be described with reference to FIG. 6. During the operation of the pump, the suction pressure Ps acts on the suction side of the casing 1, and the
一方、エキスペラ4は、エキスペラ背面では自身の羽根7の回転によって液体に遠心力が加わり、エキスペラ前面の圧力に対する減圧Peを生じる。エキスペラ背面の軸中心付近において、大気圧をPaとすると、ポンプ運転中のこれらの圧力の関係は、以下の(式1)で表わされる。
(Ps+Pi)−(Pb+Pe)=Pa………(式1)
(式1)が成り立つとき、エキスペラ4の背面では、図6に示すように、液体と空気との境界面が形成される。ポンプの使用条件や回転速度の変動によって吸込圧力Ps、ポンプ圧力Pi、インペラ2の裏羽根6による減圧Pbの大きさが変わると、上記の境界面は径方向に移動すると共に、エキスペラ4の作用による減圧Peは変動し、境界面がエキスペラ4の羽根7の外縁から内縁の間にある範囲で(式1)は成り立つ。
On the other hand, in the
(Ps + Pi) − (Pb + Pe) = Pa (Equation 1)
When (Equation 1) holds, a boundary surface between the liquid and air is formed on the back surface of the
これに対し、ポンプ停止時には、インペラ2もエキスペラ4も回転しない。そのため、上記(式1)は成り立たず、Pi=0、Pb=0、Pe=0であり、ポンプの吸込み側から軸封部にかけて吸込圧力Psが均一に加わる。
ポンプの吸込み側の水位がポンプ中心高さよりも下にある場合、吸込み側から軸封部にかけて液体が存在しないため、吸込圧力Ps=0となる。一方、吸込み側の水位がポンプ中心高さよりも上にある場合、その水位に相当する押込圧力Poが吸込み側から軸封部にかけて均一に作用する。このため、本原理に基づく軸封部においては、この押込圧力Poによるポンプ停止時の液漏れを防止することを目的として、図6や図7に示すような構造の軸封部が従来から用いられてきた。
On the other hand, when the pump is stopped, neither the
When the water level on the suction side of the pump is lower than the pump center height, there is no liquid from the suction side to the shaft seal portion, so the suction pressure Ps = 0. On the other hand, when the water level on the suction side is higher than the pump center height, the pushing pressure Po corresponding to the water level acts uniformly from the suction side to the shaft seal portion. For this reason, in the shaft seal portion based on this principle, a shaft seal portion having a structure as shown in FIGS. 6 and 7 has been conventionally used for the purpose of preventing liquid leakage when the pump is stopped due to the pushing pressure Po. Has been.
ところで、図6に示す軸封部100では、エラストマ等を材料とする複数のシールパッキン102を用いている。そのため、その先端の柔軟なリップ部102aがスリーブ110に対して必要十分な締め代で接していれば、ポンプ運転中、停止時に係わらず、液体をシールすることができる。しかし、ポンプ運転中は、リップ部102aは静止しているのに対してスリーブ110は回転軸3と共に高速で回転している。そのため、リップ部102aやスリーブ110には摩耗が進行し、やがてはシール性能が損なわれてポンプ停止時に液漏れが生じるという問題がある。
Incidentally, in the
また、微細な粒子を含むスラリー液やサンドを輸送する遠心ポンプでは、流体中の固形物が軸封部内に浸入し、シール部材を早期に摩耗させたり、または発熱を生じさせたりすることを防止するために、運転中は常時、軸封部のスタフィングボックス内部スペースに内へ外部から注水する軸封部も用いられている(例えば、同図に符号103で示す注水口から注水する。)。
しかし、外部からの注水が揚液中に混じることが許されない薬液等の製造ラインも多く、そのような場合には、軸封部内へ外部から注水する仕様のものを採用することができない。また、連続運転操業をしているような現場では、外部注水の使用量が運転コストを高める要因となるという問題もある。
In addition, the centrifugal pump that transports slurry liquid and sand containing fine particles prevents solids in the fluid from entering the shaft seal and causing the seal member to wear early or generate heat. In order to do this, a shaft seal portion that pours water from the outside into the stuffing box internal space of the shaft seal portion is also used at all times during operation (for example, water is injected from a water injection port indicated by reference numeral 103 in the figure). .
However, there are many production lines for chemicals and the like in which water injection from the outside is not allowed to mix during pumping, and in such a case, it is not possible to adopt a specification for injecting water into the shaft seal part from the outside. In addition, at sites where continuous operation is performed, there is a problem that the amount of external water injection becomes a factor that increases the operating cost.
これに対し、図7に示す軸封部200おいては、スタフィングボックス201の背面側の端面に、円環板状をなすエラストマ製のシール部材202を設けるとともに、このシール部材202に対向して円筒状のセットリング210を回転軸3に設けている。シール部材202は、セットリング210に対して適正に管理された対向隙間を有して装着されている(例えば特許文献1参照)。
On the other hand, in the
そのため、シール部材202は、ポンプ運転中、上記の式(1)が成り立つ状況においては、上述の押込圧力Poが作用しないのでセットリング210と接触しない(同図下側参照)。一方、ポンプ停止時に押込圧力Poが加わるとシール部材202が背面側に向けて弾性変形し、これにより、セットリング210との対向面にシール部材202が密着して液漏れを防ぐようになっている(同図上側参照)。この原理に基づく軸封部のシールは、運転中においてセットリング210とシール部材202が非接触であるため、図6の例と比較して長寿命が期待される。また、運転中は非接触であるため、注水を前提としておらず且つ不要である。
Therefore, the
しかしながら、図7に示す軸封部200においては、(1)固形粒子が含まれる液または析出・固着するような液を移送する場合、ポンプ停止中にエキスペラ4からシール部材202までのスタフィングボックス201内部スペースに固形物が堆積してしまい、円環板状のシール部材202の形状復元が阻害される場合があるという問題がある。
また、(2)ポンプ停止時にシール部材202がセットリング210と密着した際に、軸封部200のスタフィングボックス201内部に空気だまりが形成されると密着状態がシール部材202の周方向で均一な状態とならず、シール性能が安定しないという問題がある。
However, in the
(2) When the
また、(3)ポンプ停止時の押込圧力Poが小さい場合、シール部材202が背面側に向けて十分に弾性変形しないと、十分なシール面圧が確保されないため、液漏れが生じるという問題がある。
さらに、(4)押込圧力Poが非常に高い場合、またはインペラ2やエキスペラ4の回転速度が遅くて十分な減圧効果が得られない場合、上記式(1)が成り立たないので(つまり、(左辺)>(右辺)となる)、所望のシール性能が発揮できないという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、外部からの注水を不要とするとともに、押込圧力が変動する場合であっても、シール性能を可及的に安定させて、十分なシール面圧を確保し得る遠心ポンプを提供することを目的とする。
(3) When the pumping pressure Po when the pump is stopped is small, if the
Furthermore, (4) when the indentation pressure Po is very high, or when the rotation speed of the
Therefore, the present invention has been made paying attention to such problems, and does not require external water injection, and even when the pushing pressure fluctuates, the sealing performance is made as much as possible. An object of the present invention is to provide a centrifugal pump that is stable and can secure a sufficient seal surface pressure.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る遠心ポンプは、前面に吸込口を有するケーシングと、該ケーシング内に設けられるインペラおよびエキスペラと、前記インペラおよびエキスペラを回転させる回転軸と、前記エキスペラの背面側に設けられる軸封部とを備える遠心ポンプであって、前記軸封部は、前記ケーシング内での前記エキスペラの回転領域を画成する壁面のうち前記エキスペラの背面側且つ内周側の部分として設けられて押込圧力に応じて軸方向に弾性変形する円環状壁面部と、前記回転軸に装着されて前記円環状壁面部の背面側に対向配置される軸封用筒体とを備え、前記円環状壁面部は、自身の背面側且つ内周側に、前記軸封用筒体の前記円環状壁面部側を向く端面との間をシールする環状のシール部を有することを特徴とする。なお、前記円環状壁面部が、可撓性をもつエラストマ製であれば、押込圧力に応じて軸方向に弾性変形する素材として好適である。 In order to solve the above problems, a centrifugal pump according to an aspect of the present invention includes a casing having a suction port on a front surface, an impeller and an expeller provided in the casing, a rotating shaft that rotates the impeller and the expeller, A centrifugal pump provided with a shaft seal provided on the back side of the expeller, wherein the shaft seal is a back side and an inner side of the expeller among wall surfaces defining a rotation area of the expeller within the casing. An annular wall surface portion that is provided as a peripheral portion and elastically deforms in the axial direction in accordance with the pressing pressure, and a shaft sealing cylinder that is mounted on the rotating shaft and is opposed to the back side of the annular wall surface portion The annular wall surface portion has an annular seal portion that seals between the back surface side and the inner peripheral side of the annular wall surface portion with an end surface facing the annular wall surface portion side of the shaft sealing cylinder. The features. In addition, if the said annular wall surface part is made from the elastomer which has flexibility, it is suitable as a raw material which elastically deforms to an axial direction according to indentation pressure.
本発明の一態様に係る遠心ポンプによれば、軸封部は、ケーシング内でのエキスペラの回転領域を画成する壁面のうち、エキスペラの背面側且つ内周側の部分に設けられて押込圧力に応じて軸方向に弾性変形する円環状壁面部と、回転軸に装着されて円環状壁面部の背面側に対向配置される軸封用筒体とを備え、円環状壁面部は、自身の背面側且つ内周側に、軸封用筒体の円環状壁面部側を向く端面との間をシールする環状のシール部を有する構成なので、従来のようなスタフィングボックス自体を有しない軸封部となっている。 According to the centrifugal pump according to one aspect of the present invention, the shaft seal portion is provided on the back surface side and the inner peripheral side of the expeller among the wall surfaces defining the rotation region of the expeller in the casing, and the indentation pressure. And an annular wall portion that is elastically deformed in the axial direction according to the shaft, and a shaft sealing cylinder that is attached to the rotating shaft and is disposed opposite to the back side of the annular wall portion. Since it is configured to have an annular seal portion that seals between the back surface and the inner peripheral side between the end surface facing the annular wall surface of the shaft sealing cylinder, the shaft seal does not have a conventional stuffing box itself. Has become a department.
よって、スタフィングボックスの内部スペースに固形物が堆積したり、スタフィングボックス内部に空気だまりが形成されたりするという問題自体が根本的に解消される。これにより、上記図6、図7を参照して説明した従来例と比べて、円環状壁面部のシール部と軸封用筒体の端面とを円周に亘って均一に密着させることができる。そのため、押込圧力が変動する場合であっても、シール性能を可及的に安定化させて、十分なシール面圧を確保することができる。 Therefore, the problem itself that a solid substance accumulates in the internal space of the stuffing box or an air pocket is formed inside the stuffing box is fundamentally solved. Thereby, compared with the prior art example described with reference to FIGS. 6 and 7, the seal portion of the annular wall surface portion and the end surface of the shaft sealing cylinder can be uniformly adhered over the circumference. . Therefore, even if the indentation pressure fluctuates, the sealing performance can be stabilized as much as possible, and a sufficient sealing surface pressure can be ensured.
ここで、本発明の一態様に係る遠心ポンプにおいて、前記軸封用筒体は、自身の前記円環状壁面部側を向く端面が、前記円環状壁面部が押込圧力を受けていないときには、前記環状のシール部に対し非接触となるまたは前記円環状壁面部が押込圧力を受けたときよりも弱い面圧で前記環状のシール部に対し接触する所定の対向位置に装着されていることは好ましい。 Here, in the centrifugal pump according to one aspect of the present invention, the shaft sealing cylinder has an end surface facing the annular wall surface side of the shaft sealing body when the annular wall surface portion is not subjected to pressing pressure. It is preferable that the annular seal portion is not in contact with the annular seal portion, or is mounted at a predetermined facing position where the annular wall surface portion contacts the annular seal portion with a weaker surface pressure than when the pressing pressure is applied. .
このような構成であれば、円環状壁面部のシール部は、ポンプ運転中には、上記の式(1)が成り立つ状況においては押込圧力が作用しないので軸封用筒体の端面に対して、非接触または円環状壁面部が押込圧力を受けたときよりも弱い面圧で接触する一方、ポンプ停止時には、押込圧力が加わると円環状壁面部が背面側に向けて弾性変形し、これにより、軸封用筒体の端面にシール部を密着させて液漏れを防止する上で好適である。
特に、円環状壁面部のバネ定数や、軸封用筒体の所定の対向位置を最適化することにより、遠心ポンプが停止中にあっては、ケーシング内で吸込口から軸封部まで均一に掛かる押込圧力によって円環状壁面部が背面側に向けて弾性変形し、環状のシール部と軸封用筒体の端面が接触することで軸封部からの液漏れを防止することができる。
With such a configuration, the sealing portion of the annular wall surface portion does not act on the end surface of the shaft sealing cylinder because the pushing pressure does not act in the situation where the above expression (1) is satisfied during the pump operation. While the non-contact or annular wall surface is in contact with a surface pressure that is weaker than when the indentation pressure is applied, the annular wall surface is elastically deformed toward the back side when the indentation pressure is applied when the pump is stopped. It is suitable for preventing liquid leakage by bringing the seal portion into close contact with the end face of the shaft sealing cylinder.
In particular, by optimizing the spring constant of the annular wall surface part and the predetermined facing position of the shaft sealing cylinder, even when the centrifugal pump is stopped, it is evenly distributed from the suction port to the shaft sealing part in the casing. The annular wall surface is elastically deformed toward the back side by the applied pressing pressure, and liquid leakage from the shaft sealing portion can be prevented by contacting the annular sealing portion and the end surface of the shaft sealing cylinder.
また、遠心ポンプが運転中にあっては、エキスペラによる減圧効果が十分に得られている場合には、その効果により、軸封部からの液漏れは発生せず、且つ、円環状壁面部に液圧が作用しないことにより環状のシール部と軸封用筒体との間に所定の対向隙間が保たれて非接触となるので、シール部の摩耗が防止される。さらに、エキスペラによる減圧効果が不十分であっても、円環状壁面部に一様な液圧が作用する場合には、環状のシール部と軸封用筒体との間に適正なシール面圧を確保することができる。したがって、シール部の早期摩耗や摺動による発熱が抑えられるため、外部からの注水が不要となる。 Further, when the centrifugal pump is in operation, if the decompression effect by the expeller is sufficiently obtained, liquid leakage from the shaft seal portion does not occur due to the effect, and the annular wall surface portion Since the hydraulic pressure does not act, a predetermined facing gap is maintained between the annular seal portion and the shaft sealing cylinder, thereby preventing contact, and wear of the seal portion is prevented. Furthermore, even if the decompression effect by the expeller is insufficient, if a uniform fluid pressure acts on the annular wall surface, an appropriate seal surface pressure is provided between the annular seal and the shaft seal cylinder. Can be secured. Therefore, since heat generation due to early wear and sliding of the seal portion is suppressed, water injection from the outside becomes unnecessary.
また、本発明の一態様に係る遠心ポンプおいて、前記軸封部は、前記円環状壁面部の前記エキスペラ側への所定距離以上の移動を拘束する一方、前記円環状壁面部の前記軸封用筒体側への移動は許容する壁面位置規制部を有することは好ましい。
壁面位置規制部が、円環状壁面部にその内周側の位置に設けられるとともに背面側に向けて張り出した第一のつば部と、該第一のつば部に係合するように前記ケーシング側に固定された係合凸部とを有することは好適である。
このような構成であれば、ポンプ内圧が脈動して円環状壁面部が負圧にさらされた場合であっても、壁面位置規制部によって円環状壁面部の位置が規制され、円環状壁面部のエキスペラ側への所定距離以上の移動が拘束されるので、エキスペラと円環状壁面部との接触を確実に防止することができる。
Further, in the centrifugal pump according to one aspect of the present invention, the shaft sealing portion restrains movement of the annular wall surface portion to the expeller side by a predetermined distance or more, while the shaft sealing of the annular wall surface portion. It is preferable to have a wall surface position restricting portion that allows movement to the cylinder side.
The wall surface position restricting portion is provided on the annular wall surface portion at a position on the inner peripheral side thereof, and protrudes toward the back surface side, and the casing side so as to engage with the first flange portion. It is preferable to have an engaging convex portion fixed to the.
With such a configuration, even when the pump internal pressure pulsates and the annular wall surface portion is exposed to negative pressure, the position of the annular wall surface portion is regulated by the wall surface position regulating portion. Since the movement beyond the predetermined distance to the expeller side is restrained, the contact between the expeller and the annular wall surface portion can be reliably prevented.
また、本発明の一態様に係る遠心ポンプにおいて、前記円環状壁面部は、その内周側且つ前面側を向く面に、前記エキスペラ側に張り出す第二のつば部を有することは好ましい。
このような構成であれば、円環状壁面部の内周側且つ前面側を向く面に、エキスペラ側に張り出す第二のつば部を設けたことにより、ポンプ停止時に、エキスペラの外周から内周側に流れる液体が第二のつば部に内側から当たるため、円環状壁面部の軸方向の変位量を大きくすることができる。そのため、シール部と軸封用筒体との所定の対向隙間の適正値に対する許容範囲を広げることができ、メンテナンスの簡易化が図れると共に、シール部と軸封用筒体との密着性も高まるため、シール性能の一層の安定化につながる。
Moreover, the centrifugal pump which concerns on 1 aspect of this invention WHEREIN: It is preferable that the said annular | circular shaped wall surface part has the 2nd collar part projected on the said expeller side in the surface which faces the inner peripheral side and the front side.
In such a configuration, the second collar portion projecting to the expeller side is provided on the inner circumferential side and the front side of the annular wall surface portion, so that when the pump is stopped, the inner circumference from the outer circumference of the expeller is stopped. Since the liquid flowing to the side hits the second collar portion from the inside, the amount of axial displacement of the annular wall surface portion can be increased. Therefore, it is possible to widen an allowable range for an appropriate value of a predetermined facing gap between the seal portion and the shaft sealing cylinder, simplify maintenance, and improve adhesion between the seal portion and the shaft sealing cylinder. For this reason, the sealing performance is further stabilized.
また、ポンプ運転中に、エキスペラによる減圧効果が不十分であって気液境界面が安定しない場合であっても、エキスペラ側に張り出す第二のつば部が、ラビリンスシールとして機能し、これにより、液体が回転軸側まで到達することを防止または抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る遠心ポンプにおいて、前記環状のシール部または前記軸封用筒体は、前記環状のシール部と前記軸封用筒体とが互いに接触するシール面に、円周方向に沿った環状溝または凸条部若しくは凹条部を有することは好ましい。
このような構成であれば、シール面の円周方向に沿った環状溝または凸条部若しくは凹条部により接触面積を小さくして単位面積当たりのシール面圧を高められるので、低い押込み圧に対しても、円環状壁面部のシール部と軸封用筒体の端面との間に十分なシール面圧を確保する上でより好適であり、安定したシール性能に貢献する。
In addition, during pump operation, even if the decompression effect by the expeller is insufficient and the gas-liquid boundary surface is not stable, the second collar portion protruding to the expeller side functions as a labyrinth seal, The liquid can be prevented or suppressed from reaching the rotating shaft side.
Further, in the centrifugal pump according to one aspect of the present invention, the annular seal portion or the shaft sealing cylinder has a circumferential surface on a seal surface where the annular seal portion and the shaft sealing cylinder are in contact with each other. It is preferable to have an annular groove or a ridge or a recess along the direction.
With such a configuration, the seal surface pressure per unit area can be increased by reducing the contact area by the annular groove or the ridge or recess along the circumferential direction of the seal surface. In contrast, it is more suitable for securing a sufficient sealing surface pressure between the sealing portion of the annular wall surface and the end surface of the shaft sealing cylinder, and contributes to stable sealing performance.
上述のように、本発明によれば、外部からの注水を不要とするとともに、押込圧力が変動する場合であっても、シール性能を可及的に安定させて、十分なシール面圧を確保することができる。 As described above, according to the present invention, water injection from the outside is not necessary, and even when the indentation pressure fluctuates, the sealing performance is stabilized as much as possible to ensure a sufficient sealing surface pressure. can do.
以下、本発明の一態様に係る軸封部を備える遠心ポンプの一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、上述した遠心ポンプと同様の構成については同一の符号を付して説明する。
図1に示すように、この遠心ポンプは、吸込み側とされた前面に吸込口9を有するケーシング1を備えている。ケーシング1内には、軸方向の前後が二つの回転領域50,60として区画されており、吸込み側の大きな回転領域50にはインペラ2が配置され、インペラ2の背面側の小さな回転領域60にエキスペラ4が配置されている。インペラ2およびエキスペラ4は、一体で回転するように一の回転軸(駆動軸)3に同軸に固定されている。インペラ2は自身の前面に複数枚の羽根5が設けられるとともに背面に複数枚の裏羽根6が設けられている。エキスペラ4は自身の前面に平滑な面を有するとともに、背面に複数枚の羽根7を有している。
Hereinafter, an embodiment of a centrifugal pump including a shaft seal according to an aspect of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated about the structure similar to the centrifugal pump mentioned above.
As shown in FIG. 1, the centrifugal pump includes a casing 1 having a
ここで、上記エキスペラ4の回転領域60の背面側に軸封部10が設けられている。なお、本実施形態の軸封部10には、上述したような、軸方向に延設されたスタフィングボックスは設けられていない。
詳しくは、この軸封部10は、可撓性をもつエラストマ製の円環状壁面部20と、円環状壁面部20を固定する円環板状部材である金属製の固定カバー30と、上記回転軸3に装着されて円環状壁面部20の背面側に対向配置される円筒状の軸封用筒体12とを備えている。軸封用筒体12の材料は、金属もしくは硬質の樹脂等を用いることができる。本実施形態では、軸封用筒体12は、フッ素樹脂製である。
Here, the
Specifically, the
図2に拡大図示するように、円環状壁面部20は、ケーシング1内でのエキスペラ4の回転領域60を画成する壁面のうち、エキスペラ4の背面側且つ内周側の部分として設けられ、内側の面20nが回転領域60に液接可能に設けられている。円環状壁面部20は、その外周部20gに、径方向の途中部分まで段部20dが形成され、上記固定カバー30によってケーシング1の背面1rとの間に外周部20gの段部20dが挟圧固定されている。円環状壁面部20を構成するエラストマ材は、上記押込圧力に応じて軸方向に所期性能を奏する変位量だけ弾性変形する十分な可撓性(柔らかさ)を有している。なお、円環状壁面部20の厚さは、上記押込圧力に応じた所期の弾性変形量が確保されていれば、可及的に厚くすることが好ましい。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the annular
固定カバー30は、その外周部分が複数の締めねじ32によってケーシング1の背面1rに直接固定されている。上記押込圧力が作用していない状態では、円環状壁面部20の段部20dにより、回転領域60の内側の面60nと円環状壁面部20の内側の面20nとが面一となっている。さらに、上記押込圧力が作用した状態では、円環状壁面部20の内側の面20nは、弾性変形によって、内径側に向けて回転領域60の軸方向での幅が広がるように傾斜する面とされている。円環状壁面部20の内周端面20pは、回転軸3の外周面3g(この例ではスリーブ8の外周面)に対して干渉しない僅かな隙間を隔てて対向している。
The outer periphery of the fixed
円環状壁面部20と固定カバー30との間には、円環状壁面部20の段部20dよりも内径側の領域に空隙Kが設けられている。円環状壁面部20は、空隙Kが設けられている部分の面が大気に露出されている。この空隙Kにより、円環状壁面部20の軸方向で必要な弾性変形時の変位量が確保されている。
さらに、円環状壁面部20は、エラストマ等を材料とする円環状のシール部40を同軸に有する。本実施形態の例では、シール部40は、円環状壁面部20とは別個の部材から構成された軟質エラストマ(ゴム)製であり、円環状壁面部20背面側且つ内周側の位置に接着されている。また、円環状壁面部20には、その背面側且つ内周側の端部に、凹の段部20uが形成されており、この凹の段部20uに上記シール部40が嵌め込まれている。
Between the
Further, the annular
さらに、本実施形態の例では、シール部40は、略コ字状の横断面を有し、そのコ字状断面のシール部40の背面側を向く端面40rが、上記軸封用筒体12の前面を向く端面12mと対向するリップシールとされている。また、シール部40は、コ字状断面の凹側の面40dは、回転軸3の外周面3g(この例ではスリーブ8の外周面)に対して僅かな隙間を隔てて対向している。なお、本実施形態では、軸封用筒体12の端面12mは平面とされている。
Furthermore, in the example of the present embodiment, the
軸封用筒体12は、回転軸3に外嵌されたスリーブ8の外周に嵌め込まれ、押しねじ14によってスリーブ8に固定されている。また、軸封用筒体12の内周面には、上記シール部40寄りの位置に環状の凹溝が形成され、この凹溝内に円環状のOリング16が装着されている。そして、軸封用筒体12は、自身の円環状壁面部20側を向く前面側の端面12mが、環状のシール部40に対し所定の対向隙間(クリアランス)Sを隔てた所定の対向位置になるように軸方向の位置が調整されて装着されている。なお、本実施形態では、スリーブ8の外周面を回転軸3の外周面3gとする例であるが、スリーブ8を用いない場合には、回転軸3、つまり駆動軸(シャフト)自体の外周面とすることもできる。
The
また、上記円環状壁面部20は、その内周側の位置に設けられるとともに背面側に向けて張り出した円環状の第一のつば部20tを大気露出側の部分に有している。一方、ケーシング1側に固定された固定カバー30は、その内周先端部に係合凸部30tが、内周全周に亘って形成されている。係合凸部30tは、上記第一のつば部20tに対して上記空隙K側から対向する位置に設けられることで第一のつば部20tに軸方向で全周に亘って係合するようになっており、これら第一のつば部20tと係合凸部30tとにより壁面位置規制部が構成されている。つまり、この壁面位置規制部は、第一のつば部20tとこれに係合する係合凸部30tとにより、円環状壁面部20のエキスペラ側への所定距離以上の移動を拘束する一方、円環状壁面部20の軸封用筒体12側への移動は許容するようになっている。なお、「所定距離」は、第一のつば部20tと係合凸部30tとが初めから係合状態(図2下側参照)であれば、実質的にゼロ(零)とすることができる。
The
さらに、この円環状壁面部20には、その内周側且つ前面側を向く面に、エキスペラ4側に張り出す円環状の第二のつば部20vが設けられている。第二のつば部20vの張り出し高さ(軸方向の長さ)は、エキスペラ4とは干渉しない寸法に設定されている。第二のつば部20vは、背面側への押込圧力を円環状壁面部20に効果的に作用させ、シール部40の軸方向の変位量を大きくすることができるようになっている。なお、この第二のつば部20vの横断面形状は、内周端面20pに傾斜面を設け、基端側が太くされ先端側に向けて肉厚が徐々に薄くなっている。
Further, the
ここで、ポンプ停止中は、図1、図2の上側に示されるように、ケーシング1は、吸込み側の吸込口9から軸封部10にかけて回転領域50,60の内部が液で満たされるため、円環状壁面部20には背面側に向けて押込圧力が作用する。これにより、円環状壁面部20は軸方向に沿って背面側に向けて弾性変形すると同時に環状のシール部40が軸封用筒体12の端面12mと接触するようになっている。
Here, when the pump is stopped, as shown in the upper side of FIGS. 1 and 2, the casing 1 is filled with the liquid in the
このとき、環状のシール部40の端面40rと軸封用筒体12の端面12mが互いに接触するシール面には液漏れが生じない十分な面圧が確保されている。なお、軸封用筒体12は径方向から押しねじ14でスリーブ8の外周面に着脱可能に固定されるので、軸方向での所定の対向位置を調整することにより、環状のシール部40と軸封用筒体12との所定の対向隙間Sを変更することによって容易にシール面の面圧を調整できるようになっている。
At this time, a sufficient surface pressure that does not cause liquid leakage is secured on the seal surface where the
このように、本実施形態では、上述の押込圧力が作用していない状態において、円環状壁面部20のシール部40の端面40rと軸封用筒体12の前面側端面12mとが軸方向に所定の対向隙間Sを空けた状態で装着される一方、上述の押込圧力が作用した状態においては、シール部40の端面40rと軸封用筒体12の前面側端面12mとが密着するように、円環状壁面部20が背面側に向けて弾性変形するようになっている。
As described above, in the present embodiment, the
すなわち、上記構成の軸封部10は、円環状壁面部20のバネ定数および軸封用筒体12の所定の対向位置を最適化することにより、当該遠心ポンプが停止中にあっては、前記ケーシング内で前記吸込口から軸封部10まで均一に掛かる押込圧力によって円環状壁面部20が背面側に向けて弾性変形し、前記環状のシール部40と前記軸封用筒体12が接触することで軸封部10からの液漏れが防止されるようになっている。
That is, the
また、当該遠心ポンプが運転中にあっては、エキスペラ4による減圧効果が十分に得られている場合には、軸封部10からの液漏れは発生せず、且つ、円環状壁面部20に液圧が作用しないことにより環状のシール部40と軸封用筒体12との間に所定の対向隙間Sが保たれて非接触となり、さらに、エキスペラ4による減圧効果が不十分であり円環状壁面部20に一様な液圧が作用する場合には、環状のシール部40と軸封用筒体12との間にシール面圧が確保されるようになっている。
Further, when the centrifugal pump is in operation, if the decompression effect by the
次に、この遠心ポンプの軸封部10の動作、および作用効果について説明する。
この遠心ポンプは、ポンプの運転時には、回転軸3が回転し、インペラ2で被送流体を昇圧し移送することができる。回転軸3の回転に伴い、エキスペラ4および軸封用筒体12も回転する。このとき、ケーシング1、および円環状壁面部20はポンプ運転時、停止時に関わらず静止状態のままである。
Next, operation | movement of the
In this centrifugal pump, when the pump is operated, the
エキスペラ4は、その回転によりインペラ2の背面側圧力を低減する。軸封部10では、軸封部10の前面側のエキスペラ4の回転により、その作用で背面圧力が低減されるので、被送流体が軸封部10を通って外部へ漏れることが防止される。また、ポンプの運転時には、エキスペラ4の作用で背面圧力が低減されるので、シール部40が背面側に弾性変形していない元の状態に復帰しており、シール面40rが軸封用筒体12の前面側端面12mと離間状態にあるため、シール部40の摩耗も防止される。
The
一方、回転軸3の回転が停止すると、エキスペラ4の背面側圧力を低減する効果による漏れ防止作用はなくなるが、円環状壁面部20は、上述の押込圧力により背面側(図上右方向)への弾性変形を生じ、これにより、シール部40が軸封用筒体12の前面側端面12mと自動的に密着するので、被送流体が軸封部10を通って外部へ漏れることが防止される。また、このときはポンプが停止しているため、シール部40の摩耗も生じない。
On the other hand, when the rotation of the
ここで、上述のように、微細な粒子を含むスラリー液やサンドを被送流体として移送する遠心ポンプでは、流体中の固形物が軸封部内に浸入し、シールパッキンを早期に摩耗させたり、または発熱を生じさせたりすることを防止する必要がある。そのため、微細な粒子を含む被送流体を移送する遠心ポンプでは、ポンプ運転中は常時、軸封部内に外部から注水しているものがある。しかし、外部からの注水が揚液中に混じることが許されない薬液等の製造ラインも多く、また、連続運転操業をしているような現場では、外部注水の使用量が運転コストを高める要因ともなる。このような問題に対し、本実施形態の遠心ポンプの軸封部10であれば、外部からの注水が不要であり、無注水で使用することができる。
Here, as described above, in the centrifugal pump that transfers the slurry liquid and sand containing fine particles as the fluid to be fed, solid matter in the fluid enters the shaft seal portion, and wears the seal packing at an early stage. Or it is necessary to prevent heat generation. For this reason, some centrifugal pumps that transfer a fluid to be transported containing fine particles constantly inject water from the outside into the shaft seal during the pump operation. However, there are many production lines for chemicals that cannot be mixed with pumping water from the outside, and the amount of external water injection is a factor that increases the operating cost at sites that operate continuously. Become. With respect to such a problem, if it is the
すなわち、この遠心ポンプの軸封部10によれば、押込圧力に応じて軸方向に弾性変形する円環状壁面部20を、ケーシング内でのエキスペラ4の回転領域60を画成する壁面のうち、エキスペラ4の背面側且つ内周側の部分として設けたので、従来のようなスタフィングボックス自体を有しない軸封部となっているからである。
詳しくは、本実施形態(図2)と上述の従来技術(図7)とを比較すると、図7に示した従来例では、円環板状をなすエラストマ製のシール部材202が、スタフィングボック201を介することで、エキスペラ4から離れて配置されている。そのため、図7に示す従来技術の配置の場合、エキスペラ4からシール部材202にかけてスタフィングボック201内部に空気だまりや固形物の堆積が生じやすく、長期的に安定したシール性能を得るには液性などが限定されることが多いという問題がある。
That is, according to the
Specifically, when this embodiment (FIG. 2) is compared with the above-described prior art (FIG. 7), in the conventional example shown in FIG. 7, an
これに対し、本実施形態では、図2に示すように、エラストマ製の円環状壁面部20がエキスペラ4を画成する壁面として対面配置されている点において大きな構造的相違がある。つまり、本実施形態の場合、エラストマ製の円環状壁面部20がエキスペラ4の直ぐ対面にあるので、仮に空気だまりがエキスペラ4の画成領域60内に形成されたとしても、液よりも軽い空気はエキスペラ上部の領域に移動する。そのため、円環状壁面部20に均一に液圧を作用させることができる。したがって、本実施形態の軸封部10によれば、スタフィングボックスの内部スペースに固形物が堆積したり、スタフィングボックス内部に空気だまりが形成されたりするという問題自体が解消される。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, there is a great structural difference in that the annular
また、円環状壁面部20(環状のシール部40も含む)の内周端面20pとスリーブ8の外周面(3g)との対向隙間は狭小なので、仮に固形物がこの空間に堆積してもその量は少なく、また、エキスペラ4の羽根7によって生じる吸引力で堆積物はポンプ内側へと吸い込まれる。そのため、本実施形態の軸封部10によれば、軸封部10の内部スペースに固形物が堆積することもない。
したがって、堆積した固形物等により円環状壁面部20が不意に変形したり、所期の弾性変形が阻害されたりする可能性が極めて低いため、円環状壁面部20のシール部40と軸封用筒体12の端面とを円周に亘って均一に密着させることができる。よって、押込圧力が変動する場合であっても、シール性能を可及的に安定化させ、十分なシール面圧を確保することができる。
Further, since the facing gap between the inner peripheral end surface 20p of the annular wall surface portion 20 (including the annular seal portion 40) and the outer peripheral surface (3g) of the
Therefore, since the possibility that the annular
また、本実施形態の遠心ポンプの軸封部10によれば、上述の従来技術(図7)と比較すると、仮にエキスペラ4による減圧効果が不十分であっても、円環状壁面部20に一様な液圧が作用する場合には、環状のシール部40と軸封用筒体12との間に均一なシール面圧を安定して確保する効果があるため、円環状壁面部20のバネ定数や所定の対向隙間Sとなるような軸封用筒体12の所定の対向位置を最適化することにより、十分なシール面圧を適正に確保することができる。また、空気と触れると固化を起こすような液質の場合、空気だまりを排気することでシール部40の固着を防止できるため、シール寿命の長期化にも寄与する。
Further, according to the
また、本実施形態の遠心ポンプの軸封部10によれば、円環状壁面部20のエキスペラ側への移動を拘束する一方、円環状壁面部20の軸封用筒体12側への移動は許容する壁面位置規制部(上記実施形態の例では、第一のつば部20tと係合凸部30t)を有するので、ポンプ内圧が脈動して円環状壁面部20が負圧にさらされた場合であっても、この壁面位置規制部によって円環状壁面部20の位置が規制され、円環状壁面部20のエキスペラ側への移動が拘束されるので、エキスペラ4と円環状壁面部20との接触を確実に防止することができる。
Further, according to the
つまり、ポンプ運転中、諸要因によりポンプ内圧に脈動が発生して軸封部10が瞬間的に負圧にさらされると、エラストマ製の円環状壁面部20がエキスペラ側に引っ張られて接触するおそれがある。これに対し、本実施形態では、図2に示すように、壁面位置規制部として円環状壁面部20に第一のつば部20tが設けられ、固定カバー30には、第一のつば部20tに係合する係合凸部30tが空隙K側から対向する位置に設けられエキスペラ側への所定距離以上の移動を拘束するので、仮に負圧になった場合でも、第一のつば部20tが固定カバー30の係合凸部30tに当たってストッパーの役割を果たすため、円環状壁面部20がエキスペラ4に接触することが防止される。
That is, when the pump internal pressure is pulsated due to various factors during the pump operation and the
なお、本実施形態では、「壁面位置規制部」が、第一のつば部20tと係合凸部30tとにより構成されている例であるが、壁面位置規制部の構成はこれに限定されない。つまり、壁面位置規制部は、円環状壁面部20のエキスペラ側への所定距離以上の移動を拘束する一方、円環状壁面部20の軸封用筒体側への移動を許容可能であれば、種々の形態を採用できる。
In the present embodiment, the “wall surface position restricting portion” is an example configured by the
例えば、図5に、壁面位置規制部の変形例を示す。
同図に示すように、この変形例では、上記実施形態の例での、第一のつば部20tと係合凸部30tを有していない。これに替えて、この変形例の壁面位置規制部では、固定カバー30には、その周方向の適所に、軸方向に貫通する貫通穴30hが複数形成されている。一方、円環状壁面部20には、上記空隙Kを画成する部分の面20mに、各貫通穴30hと軸方向で対向する位置に、ねじ頭付きピン21が軸方向に沿って装着されている。ねじ頭付きピン21は、その基端部が円環状壁面部20に埋め込まれた状態で一体に成形されている。ねじ頭付きピン21は、先端に雄ねじを有するとともに、その雄ねじの基端部に段部21dが設けられている。
For example, FIG. 5 shows a modification of the wall surface position restricting portion.
As shown in the figure, this modification does not have the
そして、同図に示す装着状態においては、ねじ頭付きピン21は、自身軸部が貫通穴30hに挿入され、その状態で固定カバー30の背面側から座金23を段部21dに当接させてナット22で締め付け、座金23の前面を固定カバー30の背面に軸方向で対向させている。なお、固定カバー30の貫通穴30hの内径は、円環状壁面部20が弾性変形したときの背面側に向けた移動を阻害しない寸法に設定され、貫通穴30hの内周面とねじ頭付きピン21の軸部との干渉が防止されている。
このような構成であっても、仮に負圧になった場合でも、円環状壁面部20は、座金23の前面と固定カバー30の背面とが所定位置で当接することにより、エキスペラ4側への所定距離以上の移動が拘束される一方、円環状壁面部20の軸封用筒体12側への移動を許容することができる。
In the mounted state shown in the figure, the
Even in such a configuration, even if a negative pressure is generated, the annular
また、本実施形態の遠心ポンプの軸封部10によれば、円環状壁面部20の内周側且つ前面側を向く面に、エキスペラ側に張り出す第二のつば部20vを設けたことにより、ポンプ停止時に、エキスペラ4の外周から内周側に流れる液体が第二のつば部20vに内側から当たるため、円環状壁面部20の軸方向の変位量を大きくすることができる。そのため、シール部40と軸封用筒体12との所定の対向隙間Sの適正値に対する許容範囲を広げることができ、メンテナンスの簡易化が図れると共に、シール部40と軸封用筒体12との密着性も高まるため、シール性能の一層の安定化につながる。
Further, according to the
また、ポンプ運転中に、エキスペラ4による減圧効果が不十分であって気液境界面が安定しない場合であっても、エキスペラ側に張り出す第二のつば部20vが、ラビリンスシールとして機能し、これにより、液体が回転軸3側まで到達することを防止または抑制することができる。
なお、本発明に係る遠心ポンプの軸封部は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
Further, even when the decompression effect by the
The shaft seal portion of the centrifugal pump according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、円環状壁面部20とは別個の部品としてシール部40を設け、このシール部40がコ字状横断面を有し、そのコ字状断面のシール部40の背面側端面が、軸封用筒体12の端面(平面)と接触する例で説明したが、これに限定されず、円環状壁面部20とシール部40を一体に形成してもよい。また、円環状壁面部20およびシール部40の材質や形態、接触させる部位についても種々変形可能である。例えば、環状のシール部40や軸封用筒体12の材質として、各種ゴム、金属、その他の耐摩耗性の高い摺動材等を適宜選択することができる。
For example, in the above-described embodiment, the
しかし、円環状壁面部20とシール部40とを別個の部品から構成した分離構造とすることは好ましい。分離構造とする利点は、円環状壁面部20と環状のシール部40とで別々の材料を選択できることにある。例えば、エラストマ製の円環状壁面部20には押込圧力に対して適正なバネ定数を設定することができ、また、環状のシール部40には耐食性や耐摩耗性を考慮して各種ゴムや金属など、最適な材料を選択することができるため、シール機能の長寿命化が図りやすい。さらに材料だけに限らず、シール面に円周に沿った環状溝や凸状を設けるなど、シール形状を工夫することでシール面圧をより高めることが可能となる。
However, it is preferable that the annular
例えば、上記実施形態に対し、図3に示す第一変形例では、円環状壁面部20のシール部40が矩形状横断面を有する点、および軸封用筒体12の端面12mに、円周方向に沿った環状溝(凹条部)12dを有する点が異なっている。なお、環状溝(凹条部)12dに替えてシール面の円周方向に沿った凸条部を設けることもできる。また、環状溝(凹条部)や凸条部の数は、一つに限らず、径方向に離隔して複数設けるなど様々な形状を選択できる。
For example, in contrast to the above embodiment, in the first modification shown in FIG. 3, the
このような構成であると、シール面の円周方向に沿った環状溝(または凸条部若しくは凹条部)12dを設けたので、シール面の接触面積を小さくして単位面積当たりのシール面圧を高められる。そのため、低い押込み圧に対しても、円環状壁面部20のシール部40と軸封用筒体12の端面12mとの間に十分なシール面圧を確保する上でより好適であり、安定したシール性能に貢献する。特に、凸条部をシール面とすれば、接触面積を小さくして単位面積当たりの面圧を高められるため、低い押込み圧に対してもシール部40と軸封用筒体12の端面12mとの間に十分なシール面圧を確保する上で好適である。
In such a configuration, since the annular groove (or ridge or recess) 12d is provided along the circumferential direction of the seal surface, the contact area of the seal surface is reduced to reduce the seal surface per unit area. The pressure can be increased. Therefore, it is more suitable and stable for securing a sufficient sealing surface pressure between the
また、図3に示す第一変形例では、軸封用筒体12の構造も異なっている。つまり、上述の例では、押しねじ14によって軸封用筒体12を固定する例であったが、この変形例では、軸封用筒体12は、軟質エラストマ(ゴム)製の筒本体12aと、筒本体12aを抱き締め可能に囲繞する環状の抱き締め部材12bから構成されている点が異なっている。抱き締め部材12bは、周方向で二分割されており、上下の装着ねじ14により周方向で締め込み可能とされ、抱き締め部材12bの装着ねじ14を上下から締めこむことにより、抱き締め部材12bを径方向に縮径させて筒本体12aを抱き締めて固定可能になっている。また、この第一変形例では、環状のシール部40が金属もしくは硬質の樹脂(例えばフッ素樹脂)製である点が異なっている。なお、抱き締め部材12bとして一般的なホースバンドを用いることもできる。
このような構成であると、軸封用筒体12を抱き締めで固定しているので、押しねじによって軸封用筒体12を固定する場合と比べて、スリーブ表面の押し傷が防止される。そのため、軸封用筒体12の固定位置を長期に亘って繰返し調整するような場合に好適である。
Moreover, in the 1st modification shown in FIG. 3, the structure of the
With such a configuration, since the
また、上記実施形態(図2)では、円環状壁面部20のリップシールとして、環状のシール部40が軟質エラストマ(ゴム)製であり、軸封用筒体12が金属もしくは硬質の樹脂(例えばフッ素樹脂)製とした組み合わせ例を示したが、第一変形例(図3)に示したように、上記実施形態(図2)とは逆の組み合わせ(つまり、環状のシール部40が金属もしくは硬質の樹脂(例えばフッ素樹脂)製であり、軸封用筒体12が軟質エラストマ(ゴム)製)としてもよい。
In the above embodiment (FIG. 2), as the lip seal of the annular
また、円環状壁面部20のバネ定数や、環状のシール部40と軸封用筒体12の端面との所定の対向隙間(クリアランス)Sは、必要に応じて適宜設定可能であり、円環状壁面部20のバネ定数や所定の対向隙間Sを最適化することにより、環状のシール部40と軸封用筒体12との間に適正なシール面圧を確保することができる。
例えば、前述の式(1)においてインペラ2背面での減圧Pbおよびエキスペラ4背面での減圧Peに対して押込圧力Psが比較的大きい場合、またはインペラ2やエキスペラ4の回転速度が低くPbやPeが小さい場合(すなわち、(Ps+Pi)−(Pb+Pe)>Paとなる場合)、エキスペラ4背面には液体と空気の境界面は存在しておらず、エキスペラ4の回転領域60全体は液体で満たされる。
Further, the spring constant of the annular
For example, in the above formula (1), when the indentation pressure Ps is relatively large with respect to the pressure reduction Pb on the back surface of the
このとき、エラストマ製の円環状壁面部20には、式(1)において左辺第1項と第2項との差に比例した液圧が作用するので、シール面圧もその液圧に応じて増減する。また、軸封用筒体12の装着位置を回転軸3の軸方向に移動することによってもシール面圧を調整できる。つまり、液性や運転条件に合わせて円環状壁面部20、環状のシール部40、軸封用筒体12の材料を適宜選定すると共に、環状のシール部40と軸封用筒体12の端面との所定の対向隙間(クリアランス)Sを適正に設定することによって、ポンプ運転中のシール面の非接触もしくは接触状態を任意に選択できる。
At this time, since the hydraulic pressure proportional to the difference between the first term and the second term on the left side in the equation (1) acts on the annular
例えば、図4に第二変形例を示す。同図に示す変形例では、軸封用筒体12は、金属製の筒本体12aと、筒本体12aの前面側内周面の環状凹部に嵌め込まれたL字状横断面をなすゴムパッキン12cと、ゴムパッキン12cのL字状凹部に嵌め込まれた環状の第二シール部12fとを有し、これらが焼嵌め等により一体をなして構成されている。この軸封用筒体12は、筒本体12aが押しねじ14によって回転軸3の外周面3gに固定される。ここで、同図に示す第二変形例では、(第一の)シール部40および軸封用筒体12の第二シール部12fに耐摩耗性の高い摺動材(例えばSiC、超硬合金など)をそれぞれ採用している。これにより、この第二変形例では、上記所定の対向隙間(クリアランス)Sについて、図4下側に示すように、必ずしも摺動材同士(つまり、環状のシール部40と軸封用筒体12の第二シール部12f相互)が非接触である必要はなく、同図上側に示すように、接触しながらの回転摺動も許容することができる。
For example, FIG. 4 shows a second modification. In the modification shown in the figure, the
すなわち、本発明にあっては、軸封用筒体12の上記所定の対向位置は、所定の対向隙間(クリアランス)Sを有して、軸封用筒体12の端面12mと環状のシール部40とが非接触の場合に限らず、円環状壁面部20が押込圧力を受けていないときに相互が接触する位置に装着してもよい。例えば、円環状壁面部20が押込圧力を受けたときよりも弱い面圧で摺動可能に接触するような所定の対向位置に装着することができる。
That is, in the present invention, the predetermined facing position of the
1 ケーシング
2 インペラ
3 回転軸
4 エキスペラ
5 (インペラ前面の)羽根
6 (インペラの)裏羽根
7 (エキスペラの)羽根
8 スリーブ
10 軸封部
12 軸封用筒体
20 円環状壁面部
30 固定カバー
40 シール部
50 (インペラの)回転領域
60 (エキスペラの)回転領域
S 所定の対向隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記軸封部は、前記ケーシング内での前記エキスペラの回転領域を画成する壁面のうち前記エキスペラの背面側且つ内周側の部分として設けられて押込圧力に応じて軸方向に弾性変形する円環状壁面部と、前記回転軸に装着されて前記円環状壁面部の背面側に対向配置される軸封用筒体とを備え、
前記円環状壁面部は、自身の背面側且つ内周側に、前記軸封用筒体の前記円環状壁面部側を向く端面との間をシールする環状のシール部を有するとともに、当該円環状壁面部の内周側の面が、前記押込圧力が作用していない状態では、前記ケーシングにおける前記回転領域の内側の面のエキスペラの背面と対向する面と面一となっており、さらに、前記押込圧力が作用した状態では、弾性変形によって前記回転領域の軸方向での幅が広がるように傾斜する面とされていることを特徴とする遠心ポンプ。 A centrifugal pump comprising a casing having a suction port on the front surface, an impeller and an expeller provided in the casing, a rotating shaft for rotating the impeller and the expeller, and a shaft seal provided on the back side of the expeller. ,
The shaft sealing portion is a circle that is provided as a portion on the back surface side and the inner peripheral side of the expeller among the wall surfaces that define the rotation region of the expeller in the casing, and elastically deforms in the axial direction in accordance with the pushing pressure. An annular wall surface, and a shaft sealing cylinder that is attached to the rotating shaft and is disposed opposite to the back side of the annular wall surface,
The annular wall surface portion includes an annular seal portion that seals between an end surface facing the annular wall surface portion side of the shaft sealing cylinder on the back surface side and the inner peripheral side of the annular wall surface. The surface on the inner peripheral side of the wall surface portion is flush with the surface facing the back surface of the expeller on the inner surface of the rotating region in the casing in a state where the pressing pressure is not acting, A centrifugal pump characterized in that the surface is inclined so that the width in the axial direction of the rotation region is expanded by elastic deformation in a state in which the pressing pressure is applied.
当該遠心ポンプが停止中にあっては、前記ケーシング内で前記吸込口から前記軸封部まで均一に掛かる押込圧力によって前記円環状壁面部が背面側に向けて弾性変形し、前記環状のシール部と前記軸封用筒体が接触することで前記軸封部からの液漏れが防止され、
当該遠心ポンプが運転中にあっては、前記エキスペラによる減圧効果が十分に得られている場合には、前記軸封部からの液漏れは発生せず、且つ、前記円環状壁面部に液圧が作用しないことにより前記環状のシール部と前記軸封用筒体との間に所定の対向隙間が保たれて非接触となり、前記エキスペラによる減圧効果が不十分であり前記円環状壁面部に一様な液圧が作用する場合には、前記環状のシール部と前記軸封用筒体との間にシール面圧が確保されるようになっていることを特徴とする請求項2に記載の遠心ポンプ。 The shaft seal is
When the centrifugal pump is stopped, the annular wall surface portion is elastically deformed toward the back side by the pressing pressure uniformly applied from the suction port to the shaft seal portion in the casing, and the annular seal portion Liquid leakage from the shaft sealing portion is prevented by contacting the shaft sealing cylinder,
When the centrifugal pump is in operation, if the decompression effect by the expeller is sufficiently obtained, liquid leakage from the shaft seal portion does not occur, and liquid pressure is applied to the annular wall surface portion. Does not act so that a predetermined facing gap is maintained between the annular seal portion and the shaft sealing cylinder so as to be non-contact, and the decompression effect by the expeller is insufficient, so that the annular wall surface portion is not in contact with the annular wall portion. The seal surface pressure is secured between the annular seal portion and the shaft sealing cylinder when such a hydraulic pressure is applied. Centrifugal pump.
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