JPH04500993A

JPH04500993A - 羽根車ポンプのための運動用シール構造

Info

Publication number: JPH04500993A
Application number: JP1508425A
Authority: JP
Inventors: ブーチン、アラン　ジェイ．; オチェダ、ダニエル　ディー．
Original assignee: ジョン　クレイン　インコーポレーテッド
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1992-02-20
Also published as: BR8907572A; CA1307422C; EP0425576A1; EP0425576B1; US4884945A; KR0125009B1; DE68921755T2; AU4039689A; DE68921755D1; WO1990001118A1; EP0425576A4; AU628372B2; KR900702238A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】羽根車ポンプのための運動用シール構造発明の背景この発明は、ハウジングとこのハウジングに関して回転されるようになされた軸との間に、圧力下の流体を保持するための運動用シールに関する。さらに詳しくは、ポンプ作動中に、シール空洞（シール・キャビティ：５ｅａｌ　ｃａｖｉｔｙ）からシールされた流体を吸い上げるエクスペラ（ｅｘｐｅｌｌｅｒ）あるいはりベラ（ｒｅｐｅ　Ｉ　１ｅｒ）を含むポンプのための、そのようなシールに関する。運動用シールは、固定系ハウジングと回転可能な軸部材との間で、漏れることのない障壁を設置するために使用される。運動用シールの一つの典型的な形状は、ハウジングおよび軸に関して、それぞれシール及びキー結合された環状のシール・リングを有している。相対回転は、シール・リング上に形成された環状シール面と交わるように発生し、シール面は、面の間の流体漏れを最小限にするために、お互いに密接して協同するとともに、お互いに対して偏倚されるようになされている。相互に摺動するシール面は、摩擦を生じ、異常加熱の問題や摩耗の可能性がある。

液体のためのあるポンプにおいては、ポンプ羽根車の後面上のエクスペラは、シール領域から液体を吸い上げるために使用される。

エクスペラは、いくらか羽根車のように作用し、回転軸から液体を抜き、含有液体圧力に打ち勝つのに十分な背圧を創出する。

作動においては、相対圧力は、羽根車がシール領域から実質的に全ての流体を吸い込み、それをポンプ出口へ送出するものである。

そのような通用においては、流体は軸に沿って漏れるはずがないので、特別の運動用シールは、作動モードの間に必要とはされない。

しかしながら作動停止のときのように、ポンプ軸が静止しているときには、軸に沿っての漏れについての物理的障壁が必要とされる。

軸が回転しているときには、運動用シールが使用される必要がないので、かくしてエクスベラは、高度な内部浸食作用を有する含有液体については、大きな魅力を有している。しかしながら、軸の回転が停止されるやいなや、エクスベラは効果をなくすので、ある形状の運動用シールが必要とされるかもしれない。

発明の要旨本発明は、回転可能軸と、軸の周囲にシール空洞を形成するポンプ・ハウジングと、ポンプ作動中にシール空洞を形成するために流体を吸い上げるエクスベラ・ポンプとを含む羽根車ポンプを提供する。ポンプが作動されないときは、ポンプ・ハウジングと軸との間をシールするために運動用シール構造が提供される。運動用シールは、軸に関して流体漏れのない状態で固定された軸方向可動主シール・リングと、ハウジングに関して流体漏れのない状態で固定された固定系噛み合いシール・リングとを含む。二つのシール・リングは、軸に環状に配設されていて、お互いにシール接触するようになされた径方向面を形成する。主シール・リング面の径方向面は、平坦かつ滑らかである。噛み合いシール・リングの径方向面は滑らかであり、そしてポンプの外部を包囲した流体に曝された周部から内側へ延長するとともに、径方向中途までそれに向がって延長するが、主シール・リングの径方向面とシール係合するようにされた滑らがなシール堰を形成するために、他方の周部には達していない複数の螺旋溝を形成している。

図面の簡単な説明第１図は、本発明のポンプおよび運動用シール構造の側断面図である。

第２図は、第１図の運動用シール構造のシールの拡大側断面図である。

第３図は、本発明の運動用シール構造の他の実施態様の側断面図である。

第４図は、第２図に示す運動用シール構造の４−４線による断面図である。

第５図は、第２図に示す運動用シール構造の５５−５ｉＩによる断面図である。

発明の詳細な説明既知の羽根車ポンプが、第１図に示されていて、符号１０によって全体的に示されている。ポンプ１０は、環状壁１４を有し、内側ボア１６および環状フランジ１８を形成するハウジング１２を含む。

軸２０は、ハウジング・ボア１６内に回転可能に搭載されていて、その周りに配設されるとともにそれにキー結合されたスリーブ２２を有し、そのためスリーブ２２は軸２０とともに回転する。

主羽根車２４は、羽根車空洞部２６内に配設されていて、軸２０とともに回転するためにキー結合されている。吸い上げられる液体は、中央入口部２８において羽根車２４に入る。羽根車２４の正面３２から延長する径方向羽根３０は、液体を出口部３４へと、遠心力により径方向外側へ追いやる。径方向層８３６がまた、ハウジング１２の隣接する径方向壁４０から間隔を開けるようにして、羽根車２４の後面３８から延長している。径方向壁４０は、羽根車空洞２６と流体的に連通ずるとともに、エクスベラ羽根車空洞部４４を介してハウジング・ボア１６と流体的に連通ずる環状空洞部４２を形成する。

全体的に符号４６で示されるエクスベラは、ハウジング１２のエクスベラ羽根車穴空洞部４４内に配設されるとともに、軸２０とともに回転するためにキー結合されている。エクスベラ４６は、エクスベラ羽根車４８を形成し、その滑らかな正面５０は、環状空洞部４２の径方向に配設されるとともに、径方向ハウジング壁４０から間隔を開けられているが、それと隣接している。エクスベラ羽根車４８の後面５２は、そこから延長する径方向羽根５４が配設されていて、径方向羽根５４は、ハウジング壁５６から間隔を開けられているが、そのすぐ近くに隣接している。

流体漏れは、主羽根車２４と、軸ボア１６へ環状空洞部４２を経由するハウジング壁４０との間で発生し得る。エクスベラ４６は、この流体の移動を妨害するために設けられていて、少なくともポンプ１０が作動されているとき、環状空洞部４２からポンプ出口３４へ流体を吸い上げる。軸２０、主羽根車羽根３０および３６、およびエクスベラ羽根車羽根５４が全て回転しているとき、吸い上げられた液体の外側への遠心力作用は、環状空洞部４２および軸ボア】６から離れて行き、ポンプ１０の出口へ向かって指向される。このことは、軸１６に沿うポンプ・ハウジングからの流体漏れを最小にし、あるいは完全に除去しさえする。ポンプが作動されているとき、軸２０に沿う漏れを防止するためのシール機構は必要とされない。

しかしながら、軸２０が回転を停止するときは、軸ボア１６および環状空洞部４２は流体で一杯になり、流体漏れが、ハウジング１２と軸２０との間で直接に発生し得る。

第１図および第２図に見られるように、環状地板６０が、ポンプ・ハウジング１２の環状フランジ１８に隣接して配設されている。

軸２０がそこを通って延長する環状シール空洞部６４を形成するシール・ハウジング６２が、設けられている。シール・ハウジング６２はその一端に、外側へ垂設されたフランジ６６を形成している。

ボルト６８は、シール・ハウジング６２のフランジ６６、地板６０およびポンプ・ハウジング１２のフランジ１８を通して挿入され、それによって、それらを固定的に連結する。フランジ６６の反対側のハウジング６２の端部は、その下方周部に開ロア２を形成する径方向壁７０を設け、それは、シール空洞部６４に大気への出口をつけている。ゴムを含む保護コーティング７４は、ポンプ・ハウジング１２とシール・ハウジング６２の両方の外表面を覆っている。このコーティングは、腐食性の環境で使用されるポンプを暗示するものである。

全体的に符号５８示される、本発明の運動用面シールは、径方向延長面７Ｂを有する環状回転主シール・リング７６と、径方向延長面８２を有する環状固定あるいは非回転噛み合いシール・リング８０とを含む。径方向面７８および８２は、シール関係でお互いに隣接して配設されている。リング７６および８０は、軸スリーブ２２および軸２０の周りに配設されていて、内周部の表面８４および８６はそれぞれ、軸スリーブ２２と接触はしないが隣接している。

主シール・リング７６は、第２図および第３図に最も良く見られるように、面部７６ａと軸方向伸長本体部７６ｂとを含むとともに、シール空洞部６４内に配設された環状リテーナ８８によって、軸方向可動かつ適正な位置に保持される。主シール・リング７６の径方向面７８は、その全面に渡って滑らか、かつ平坦である。スナップ・リング９０が、リテーナ８８の環状溝９２内に収容され、リテーナ８８内に主シール・リング７６の本体部７６ｂを保持する。リテーナ８８は、第４図に最も良く見えるように、リテーナ８８の周囲に等間隔で複数のボア９４を形成している。スプリング９６は、ボア９４内に着座していて、噛み合いソール・リング８０と係合するように主シール・リング７６を付勢するため、環状ディスク９８に対して作用するとともに、主シール・リング７６の軸方向移動を提供する。リテーナ８８は、一つあるいはそれ以上の内側溝１５０を有していてよく、主シール・リング７６の本体部７６ｂは、それと同数の整列された溝を有している。駆動ビン１５１が、リテーナ８日と主シール・リング本体部７６ｂの両方を係合するように配設されており、軸方向移動と干渉することのない駆動係合を提供する。

全体的に円筒状のリテーナ・スリーブ１００が、軸スリーブ２２の周りに配設されていて、それは軸２０とリテーナ８８と主シール・リング７６との間に位置されている。０リング１０２が、スリーブ１００の外周部の周りに形成された環状溝１０４内に収容されていて、主シール・リング７６とスリーブ１００との間のシールを提供する。他の０リング１０６が、スリーブ１００の内周部の周りに形成された環状溝１０８内に収容されていて、軸スリーブ２２とリテーナ・スリーブ１００との間のシールを提供する。第４図に最も良く見られるように、止めねじ１１０が、リテーナ８８、リテーナ・スリーブ１００および軸スリーブ２２を通って延長して、それらを軸に固定し、そこでそれらと、結果として主シール・リング７６は、軸２０とともに回転する。第２図および第３図に示されるように、ポンプ１０を右からみるとき、軸２０は右回り方向に回転するものである。

噛み合いシール・リング８０は、ハウジング１２のフランジ１８および地板６０に関して固定されていて、それは、軸２０とともに回転することから除外されている。ガスケント１１２は、ハウジング１２と噛み合いシール・リング８０との間のシールを提供する。

第５図に最も良く見られるように、噛み合いシール・リング８０の径方向面８２は、それの外周部から、それの内周部に形成されたダム部１１６まで内方へ延長する複数の螺旋溝１１４を形成する。溝１１４の幅は、それらがダム部１１６に近ずくにしたがって収斂する。図示された実施態様において、リング７６および８０の外周部は、ポンプ外部の低い、あるいは包囲圧力に曝されるとともに、内周部は、吸い上げられている流体の圧力に曝される。溝は、低い圧力に曝されたリング８０の周部に形成されるとともに、ポンプ内の圧力に曝される周部に向かうが、それに届かない部位まで延長し、そこで溝は、面８２の溝領域と平滑領域との間の境界によって形成された円の外径側から、包囲圧力の曝された周部まで延長し、そしてダム部１１６は、円の内径側から、低い圧力に曝された周部まで延長する。

第３図は、噛み合いシール・リング８０を搭載する他の実施態様を示す。地板１２０は、ハウジング１２のフランジ１８にキー結合されていて、地板１２０に形成された環状溝１２４内に収容された０リング１２２は、ハウジング・フランジ１８と地板１２０との間の漏れに対してシールする。地板１２０は、噛み合いシール・リング８０が配設される環状凹所１２６を形成する。０リング１２８は、地板１２０と噛み合いシール・リング８０との間のシールを提供する。第二の地板１３０は、地板１２０にキー結合されていて、噛み合いシール・リング８０は、地板１２０と第二の地板１３０との間に保持される。ポル）１３４は、第二の地板１３０、地板１２０およびハウジング・フランジ１８を固定する。

羽根車ポンプ１０の作動の間には、エクスペラ４６は、環状空洞部４４と軸ボア部１６から液体を抜き、軸２０に沿うシールの必要を除去する。シール面７８および８２はそれゆえ、ポンプ作動中は分離されるようになされている。軸２０と主シール・リング７６は回転し、噛み合いシール・リング８０の径方向面８２に形成された螺旋溝１１４のために、面間でポンプ作用を引き起こす。このことは、ポンプ外部の低い圧力あるいは包囲圧力の流体が、面７８と８２との間に入り、主シール・リング７６の面７８が、リテーナ８８内のスプリング９６の偏倚効果に対向して、噛み合いシール・リング８０の面８２から取りはずされることを引き起こし、そこで主シール・リング７６は、軸２０とリテーナ８８に関して軸方向に移動される。これは抗力を減少し、シール７８および８２の摩耗を除去するとともに、過度の熱の発生を妨げる。

しかしながら、ポンプ１０が作動されないときは、液体は、環状空洞部４４、軸ボア部１６および環状シール空洞部６４内に漏れるかもしれない。それゆえに、これらの部位をシールすることが望ましい。軸２０が停止するとき、主シール・リング７６はもはや、噛み合いシール・リング８０の螺旋溝１１４内に空気を吸い上げない。

主シール・リング・リテーナ８８内のスプリング９６は、噛み合いシール・リング８０の径方向面８２、特にそれのダム部１１６と係合するように、主シール・リング７６の径方向面７８を軸方向に付勢し、それによって、流体漏れに対して固定用シールを提供する。

主シール・リング７６は、カーボンから製造されて良（、噛み合いシール・リング８０は、シリコン・カーバイドから製造されて良い、、０リング１０２．１０６．１２２および１２８は、イー・アイ・デュポン、デ・ネモールス・アンド・カンパニー（Ｅ、１．ＤｕＰｏｎｔ、ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　＆　Ｃｏ、、）の登録商標Ｖｉｔｏｎ＠のようなエラストマーから形成されて良く、ガスケット１１２は、ダムロン（Ｃｈｅｍｌｏｎ）から形成されて良い。軸２０、軸スリーブ２２、ポンプ・ハウジング１２、シール・ハウジング６２、地板６０．１２０および１３０、リテーナ８８、スプリング１１４、スナップ・リング９０およびディスク９８のような他の構成部材は、ステンレス・スチールから製造されて良い。

上記に説明した実施態様は、滑らかな径方向面７８を有する主シール・リング７６と、それに渡って螺旋溝１１４を形成する径方向面８２を有する噛み合いシール・リング８０とを開示するけれども、主シール・リング７６の径方向面７８が螺旋溝を形成し、噛み合いシール・リング８０の径方向面８２が滑らかであっても良いことが、理解されるであろう。

本発明で開示されたシール構造５８は、特に、酸性懸濁液（酸性スラリー：ａｃｉｄ　５ｌｕｒｒｉｅｓ）、石灰懸濁液（石灰スラリー：１ｉｍｅ　５ｌｕｒｒｉｅｓ）、腐食性クリーニング溶液（ｃａｕｓｔｉｃ　ｃｌｅａｎｉｎｇ　５ｏｌｕｔｉｏｎｓ）、砂を含んだ水（ｓａｎｄｙ　ｗａｔｅｒ）、泥水（スラグ：　ｓ　ｌｕｄｇｅ）あるいはコーンシロップ（ｃｏｒｎ　５ｙｒｕｐ）でさえも含むことにおいて有用性を有しているかもしれない。

かくして本発明は、ポンプが作動されないときに、液体の漏れに対してシールするための、羽根車ポンプのための運動用シールを提供することが示された。

この発明の種々の特徴が、特に、図示された発明の実施態様に関連して示され、かつ説明された。しかしながら、これら特定の構造は、単に図示のためだけであり、発明は、請求の範囲の言葉の範囲内で、その最大の解釈を与えられるべきであることが理解されなければならない。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４の７第１項）平成３年　１月２１−

Claims

【特許請求の範囲】

１．回転軸と、前記軸の回転の間、流体に圧力をかけるための前記軸上の羽根車と、前記軸を取り囲むシール空洞を形成するポンプ・ハウジングと、前記ポンプの作動中において、前記軸と前記ハウジングとの間の流体漏れに対するシール手段と、を有し、前記軸が回転していないとき、前記手段は、ポンプ作動中において、前記シール穴空洞から流体を抜くために、前記軸とともに回転可能なエクスペラであって、それによって、前記ポンプ作動中において、前記ハウジングと前記シールとの間の流体漏れのないシールの必要性を除去したものと、前記軸が回転していないとき、前記ポンプ・ハウジングと前記軸との間のシールを提供するための運動用シール構造との組合せを有し、前記シール構造は、ａ）前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハウジングの一方に流体漏れのないような関係で固定された軸方向可動主シール・リングであって、径方向シール面を形成するものと、ｂ）前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハウジングの他方に流体漏れめないような関係で固定された固定系噛み合いシール・リングであって、前記主シールリングの前記径方向シール面とシール接触するようになされた径方向シール面を形成するものと、を含むポンプにおいて、前記シール・リングの一方の前記径方向シール面は、滑らかな表面を形成し、前記シール・リングの他方の前記径方向シール面は、その中に複数の螺旋溝を有する表面を形成し、前記面は、一方の周部で前記ポンプ内の流体に曝されるとともに、反対側の周部で前記ポンプの外部の大気に曝されていて、前記溝は、前記ポンプの外部の大気にさらされた前記周部から、それの他方の周部に向かって径方向の一部まで延長して終結して、前記径方向面の前記表面上に形成され、前記溝と前記周部との間で、前記ポンプの外部の大気に曝され、シール・ダム部は、前記シール・リングの前記他方の前記滑らかな径方向面とシールして係合するようになされていて、前記軸方向可動リングを、前記固定系噛み合いシール・リングに向かって付勢して、前記ポンプ軸が作動されていないとき、前記ダム部が、前記他方のリングの前記径方向面と係合することを引き起こす偏倚手段を有し、前記溝は、前記ポンプ軸がある圧力下で運転速度で回転しているとき、前記面の間で大気を吸い上げて、前記径方向面と前記シールリングを分離するようにされたポンプにおけるシール構造。
２．前記螺旋溝の幅は、それらが前記周部から前記他方の周部へ向かって延長するにつれて収斂する請求の範囲第１項記載のポンプにおけるシール構造。
３．前記固定系リングは、前記ハウジングに流体漏れのない関係で固定された請求の範囲第１項記載のポンプにおけるシール構造。
４．前記軸方向可動リングは、前記軸に流体漏れのない関係で固定された請求の範囲第１項記載のポンプにおけるシール構造。
５．前記螺旋溝は、前記面の溝領域と平滑領域との間の境界によって形成された円の外径側から、前記周部へ延長し、前記ダム部は、前記円の内径側から、前記他の周部へ延長する請求の範囲第１項記載のポンプにおけるシール構造。
６．前記軸の周りの配設されるとともに、その中に前記シール構造が配設されるシール・ハウジング空洞を形成する環状シール・ハウジングを含み、前記シール・ハウジングは前記ポンプ・ハウジングに結合可能な請求の範囲第１項記載のポンプにおけるシール構造。
７．前記シール・ハウジングは、前記軸の周りに環状開口を形成する径方向壁を形成し、前記シール・ハウジング空洞は大気への出口をつけられた請求の範囲第７項記載のポンプにおけるシール構造。
８．前記主シール・リングと連携されるとともに、その中に前記主シール・リングを保持する保持要素を含み、前記保持要素は、前記軸の周りに環状に配設されるとともに、前記軸とともに回転可能であり、かつ複数のボアを形成し、前記各ボアは、その中にスプリングを着座させ、前記スプリングは、前記噛み合いシール・リングと係合するように前記主シール・リングを偏倚するようにされて、固定用シールを提供する請求の範囲第１項記載のポンプにおけるシール構造。
９．回転軸と、前記軸の回転の間、流体に圧力をかけるための前記軸上の羽根車と、前記軸を取り囲むシール空洞を形成するポンプ・ハウジングと、前記ポンプの作動中において、前記軸と前記ハウジングとの間の流体漏れに対するシール手段と、を有するポンプにおいて、前記軸が回転していないとき、前記ポンプ・ハウジングと前記軸との間をシールするための運動用シール構造を提供し、前記軸と前記ハウジングとの間の流体漏れに対して前記ポンプをシールする方法であって、前記シール構造は、ａ）前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハウジングの一方に流体漏れのないような関係で固定された軸方向可動主シール・リングであって、径方向シール面を形成するものと、ｂ）前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハウジングの他方に流体漏れのないような関係で固定された固定系噛み合いシール・リングであって、前記主シールリングの前記径方向シール面とシール接触するようになされた径方向シール面を形成するものと、を含むポンプをシールする方法において、前記シール・リングの一方の前記径方向シール面は、滑らかな表面を形成し、前記シール・リングの他方の前記径方向シール面は、その中に複数の螺旋溝を有する表面を形成し、前記面は、一方の周部で前記ポンプ内の流体に曝されるとともに、反対側の周部で前記ポンプの外部の大気に曝されていて、前記溝は、前記ポンプの外部の大気にさらされた前記周部から、それの他方の周部に向かって径方向の一部まで延長して終結して、前記径方向面の前記表面上に形成され、前記溝と前記周部との間で、シール・ダム部は、前記シール・リングの前記他方の前記滑らかな径方向面とシールして係合するようになされていて、前記軸方向可動リングを、前記固定系噛み合いシール・リングに向かって付勢して、前記ポンプ軸が作動されていないとき、前記ダム部が、前記他方のリングの前記径方向面と係合することを引き起こす偏倚手段を有し、前記方法はさらに、前記溝が、前記ポンプ軸がある圧力下で運転速度で回転しているとき、前記面の間で大気を吸い上げて、前記径方向面と前記シール・リングを分離するようにされたポンプをシールする方法。