JPH06504828A - Seals for high pressure pumps - Google Patents
Seals for high pressure pumpsInfo
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 高圧ポンプ用シール (技術分野) 本発明は、高圧力下の水等、例えば約5,000 psiの液体に供給する高圧 ポンプに関し、特に、本発明は、この種の往復動式プランジャーポンプおよびこ のようなプランジャーなシールするためのシールに関する。[Detailed description of the invention] Seals for high pressure pumps (Technical field) The present invention provides high pressure Concerning pumps, the invention particularly relates to reciprocating plunger pumps of this type and Concerning seals such as plunger seals.
、 (背景技術) 高圧の水ポンプは、多くの異なる分野において使用されている。例えば、高圧の 水噴射器は、種々の表面を清浄し、あるいは異なる材料を切断する。本発明の譲 受人であるトロ社により最近紹介されている、高圧水の新しい応用は、芝生に空 気を含ませることである。この応用では、高圧の水噴射器は地面に向けられて芝 生に複数の孔を形成する。, (Background technology) High pressure water pumps are used in many different fields. For example, high pressure Water jets clean various surfaces or cut different materials. Transfer of the present invention A new application of high-pressure water, recently introduced by receiver Toro, is to spray water onto lawns. It's about being mindful. In this application, a high-pressure water sprayer is directed toward the ground and Forms multiple pores in the raw material.
このような種々の応用に使用するための高圧水を供給する種々のポンプが知られ ている。1つのポンプは、個別のポンプ室に各々収納される複数の往復動可能な プランジャーを有している。水は入口通路を通って各ポンプ室に導かれる。プラ ンジャーは回転クランク軸に連結されている。このクランク軸が回転すると、各 プランジャーは順番にそのポンプ室で往復動し、そのなかに収容されている水の 圧力を増大させ、そして、この水を出口通路から汲み上げる。米国特許第4,3 52,499号明細書には、この形式の往復動式プランジャーポンプが示されて いる。 水がプランジャーに沿って戻り、プランジャーの高圧側から漏れるのを 防止するためシールがこのプランジャーを取り囲む、このシールは、通常、金属 製のバックアップ部材により裏打ちされた■形状のシール部材からなっている。Various pumps are known to supply high pressure water for use in these various applications. ing. One pump has multiple reciprocating pumps, each housed in a separate pump chamber. It has a plunger. Water is directed to each pump chamber through an inlet passage. plastic The engine is connected to a rotating crankshaft. When this crankshaft rotates, each The plungers in turn reciprocate in their pump chambers, causing the water contained therein to Increase the pressure and pump this water out of the outlet passage. U.S. Patent Nos. 4 and 3 No. 52,499 shows a reciprocating plunger pump of this type. There is. Water flows back along the plunger and prevents it from leaking from the high pressure side of the plunger. A seal surrounds this plunger to prevent It consists of a ■-shaped sealing member backed by a backup material made of
このバックアップ部材は黄銅または同様な材料で良く作られる。しかしながら、 本発明者は、このシールは約5,000 psiまでの圧力に耐えられる寿命を 有していないことがわかった。This backup member is often made of brass or similar material. however, The inventor believes that this seal has a lifespan that can withstand pressures up to approximately 5,000 psi. I found out that I don't have it.
(発明の開示) したがって、本発明の第1の目的は、少な(とも約5.000 psiまでの圧 力に耐えられる寿命および性能を有して、往復動式プランジャーポンプに使用す る高圧シールを提供することである。(Disclosure of invention) Therefore, it is a primary object of the present invention to It has a lifespan and performance that can withstand force, and is suitable for use in reciprocating plunger pumps. The purpose of this invention is to provide a high-pressure seal.
本発明の他の目的は、プランジャーの周囲をシールする手段をプランジャーの高 圧側に設けた、往復動式プランジャー型流体ポンプを具現化することである。Another object of the invention is to provide means for sealing around the plunger at a height of the plunger. The present invention is to realize a reciprocating plunger type fluid pump provided on the pressure side.
このシール手段は、屈曲可能な材料で作られ、所定の断面構造を有するシール部 材から構成される。比較的固いバックアップ部材はシール部材を受け入れるため の内孔を備え、シール部材な内孔に受け止めてシール部材がバックアップ部材に 当接できるようになっている。このバックアップ部材は高強化繊維で強化された プラスチック材料から作られている。This sealing means is made of a bendable material and has a sealing section having a predetermined cross-sectional structure. Composed of wood. A relatively stiff backup member is used to accommodate the seal member. The inner hole of the sealing member receives the inner hole of the sealing member, and the sealing member acts as a backup member. It is now possible to touch it. This backup member is reinforced with highly reinforced fibers. Made from plastic material.
(図面の簡単な説明) 本発明の実施例は、以下の図面に基づいて詳細に説明される。この図面において 同一な要素は同一符号で示している。(Brief explanation of the drawing) Embodiments of the invention will be explained in detail on the basis of the following drawings. In this drawing Identical elements are indicated by the same reference numerals.
第1図は1本発明に従う改良型往復動式プランジャーポンプの断面図であり、特 に1つのポンプ室とポンプのプランジャーおよびプランジャーの回りに設けたシ ールアセンブリを示している。FIG. 1 is a sectional view of an improved reciprocating plunger pump according to the present invention; one pump chamber, a pump plunger, and a system around the plunger. The assembly is shown.
第2図は、本発明の改良型シールの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the improved seal of the present invention.
第3図は、第2図におけるシール部分からなるバックアップ部材の断面図である 。FIG. 3 is a sectional view of the backup member consisting of the seal portion in FIG. 2. .
(発明を実施するための最良の形態) 本発明は、第1図において、参照符号2で示すボンブブに関し、このポンプは約 5,000 psiに達する圧力で水を汲み上げる。ポンプ2は、少なくとも1 つ、好ましくは1つ以上のポンプ室6を有するポンプヘッド4を備える。一方、 1つのポンプ室6は第1図に示されており、この形式のポンプは通常少なくとも 3つのポンプ室6を備えている。往復動式プランジャー8はそれぞれポンプ室6 を収納されている。(Best mode for carrying out the invention) The present invention relates to a pump designated by reference numeral 2 in FIG. Water is pumped at pressures reaching 5,000 psi. Pump 2 has at least one A pump head 4 having one, preferably one or more pump chambers 6 is provided. on the other hand, One pump chamber 6 is shown in FIG. 1, and pumps of this type usually have at least It is equipped with three pump chambers 6. The reciprocating plungers 8 each have a pump chamber 6 is stored.
プランジャー8はポンプ室6に収納される作業端部あるいは高圧端部10を有す る。プランジャー8の他端12はポンプヘッド4から外側に延在し、通常の連結 ロッド(図示路)によって回転自在なりランク軸14に連結される。The plunger 8 has a working or high pressure end 10 which is housed in the pump chamber 6. Ru. The other end 12 of the plunger 8 extends outwardly from the pump head 4 and is connected to a conventional connection. It is rotatably connected to the rank shaft 14 by a rod (path shown).
適当な駆動源により、クランク軸14が回転すると、プランジャー8は、各ポン プ室6において往復動する作業端部10を有する。一般的に、プランジャー8は 互いに位相をずらして循環する。When the crankshaft 14 is rotated by a suitable driving source, the plunger 8 is rotated by each pump. It has a working end 10 that reciprocates in the pool chamber 6. Generally, plunger 8 is They circulate out of phase with each other.
ポンプヘッド4は水をポンプ室6に流入させる入口通路16を備える。プランジ ャー8がポンプ室6において引き出しまたは引き戻される(すなわち、第1図右 側)と、ポンプ室6において吸引が開始され、水を入口通路16からポンプ室6 に引き入れる。加えて、ポンプヘッド4は、またポンプ室6にある水を通す出口 通路18を備える。これにより、プランジャー8がポンプ室6から閉鎖端部の方 に戻される(第1図左側)。The pump head 4 includes an inlet passage 16 that allows water to enter the pump chamber 6 . plunge The pump chamber 8 is pulled out or pulled back in the pump chamber 6 (i.e., as shown in FIG. side), suction is started in the pump chamber 6, and water is drawn from the inlet passage 16 into the pump chamber 6. bring it into. In addition, the pump head 4 also has an outlet through which water is located in the pump chamber 6. A passage 18 is provided. This causes the plunger 8 to move away from the pump chamber 6 towards the closed end. (left side of Figure 1).
このプランジャー8の動きにより水の圧力を上昇させ、そして水をポンプ室6か ら出口通路18へ導く、チェック弁は入口及び出口通路に設けられて水の逆流を 防止する。This movement of the plunger 8 increases the pressure of the water and pumps the water into the pump chamber 6. Check valves are provided in the inlet and outlet passages to prevent backflow of water. To prevent.
プランジャー8は、一定の外形寸法を有する金属製シリンダロッドである。しか し、プランジャー8はここで示す形状とは異なるものであってもよい。プランジ ャー8はポンプ室6内で往復動する単純な部材であり、ポンプ室6に導かれた水 を汲み出しかつ圧力を加える。この形式の往復動式プランジャーは良く知られて いる。Plunger 8 is a metal cylinder rod with fixed external dimensions. deer However, the plunger 8 may have a shape different from that shown here. plunge The pump 8 is a simple member that reciprocates within the pump chamber 6, and the water introduced into the pump chamber 6 is Pump out and apply pressure. This type of reciprocating plunger is well known. There is.
本発明は、高圧側端部10上の各プランジャー8の周囲に設けた改良型シールア センブリ20を備えている。The present invention provides an improved sealing arrangement around each plunger 8 on the high pressure end 10. It is equipped with assembly 20.
シールアセンブリ20はプランジャー8の外周面に沿って水が漏れるのを防ぐ。Seal assembly 20 prevents water from leaking along the outer circumference of plunger 8.
シールアセンブリ20は、ポンプヘッド4に形成した保持用凹部21に担持され 、かつプランジャー8がポンプ室6に挿入されるときにプランジャー8を同心的 に取り囲むようにしている。シールアセンブリ20はポンプヘッド4がポンプ2 の残りのハウジング部分にボルトで固定されるときに凹部21の適所に保持され る。The seal assembly 20 is carried in a retaining recess 21 formed in the pump head 4. , and the plunger 8 is concentric when it is inserted into the pump chamber 6 I try to surround myself with The seal assembly 20 has a pump head 4 connected to the pump 2. is held in place in the recess 21 when bolted to the remaining housing portion of the Ru.
シールアセンブリ20の主要部品は、屈曲可能なV形状のシール部材と、この部 材に当接するバックアップ部材24である。シール部材22はシェブロンシール として知られており、ニトリル含浸繊維材料または他の適当なシール材料から作 られている。The main parts of the seal assembly 20 include a bendable V-shaped seal member and this part. This is a backup member 24 that comes into contact with the material. The seal member 22 is a chevron seal. known as nitrile and made from nitrile impregnated fiber material or other suitable sealing material. It is being
第3図において、バックアップ部材24は比較的固い環状リングでなり、隣接の シール部材22上に■形状の内孔26を有する。第1図に示すように、バックア ップ部材24はシール部材22に直接接触しており、シール部材22は、嵌合V 形状の内孔26に受け入れられる。In FIG. 3, the backup member 24 is a relatively stiff annular ring that A square-shaped inner hole 26 is provided on the seal member 22. As shown in Figure 1, the backup The cap member 24 is in direct contact with the seal member 22, and the seal member 22 is in contact with the fitting V. The shape is received within a bore 26 of the shape.
第2図を参照すると、シールアセンブリ20はまた前側リング28を有し、この リングは、シール受容凹部21の閉鎖側前方端に接するシール部材22のV7断 面内に受け入れられる。リング22はバックアップ部材24に対しシール部材2 2を保持する。加えて、金属製のシール保持部材30はバックアップ部材24の 他端側すなわち背面側に位置している。シール保持部材30は、ポンプヘッド4 がボルトで締結されるとき、バックアップ部材24とポンプ2の残余ハウジング 部分との間に挟持される。シール保持部材30は、一般に、プランジャー8に対 してさらにシールを施すために、U形状の低圧の水シール部材32を備えている 。Referring to FIG. 2, the seal assembly 20 also includes a front ring 28, which The ring is attached to the V7 section of the seal member 22 that contacts the front end of the seal receiving recess 21 on the closed side. Accepted within the area. The ring 22 is connected to the seal member 2 with respect to the backup member 24. Hold 2. In addition, the metal seal holding member 30 supports the backup member 24. It is located on the other end side, that is, on the back side. The seal holding member 30 is attached to the pump head 4 When the back-up member 24 and the remaining housing of the pump 2 are bolted together, sandwiched between the parts. The seal retaining member 30 is generally attached to the plunger 8. A U-shaped low-pressure water sealing member 32 is provided for further sealing. .
この低圧シール部材32は第1のシール部材22を越えて流出した水の更なる漏 れを防止する。This low pressure seal member 32 prevents further leakage of water that has flowed beyond the first seal member 22. Prevent this from happening.
通常のポンプ2において、バックアップ部材24は一般に固い金属材料、例えば 黄銅で作られている。このようなポンプを用いて約5,000 psiに達する 圧力で水を汲み上げる試みは、種々の理由から上記シール20では用をなさない ことが本発明者により見出された。黄銅のバックアップ部材24は、シール部材 22に熱が伝わりシールリップの内径に損傷を生じさせるため寿命が短くなる。In a typical pump 2, the backup member 24 is typically made of a hard metal material, e.g. made of brass. Reach about 5,000 psi with a pump like this Attempts to pump water with pressure are useless with the above seal 20 for various reasons. This was discovered by the present inventor. The brass backup member 24 is a sealing member. 22 and causes damage to the inner diameter of the seal lip, shortening its life.
加えて、シール部材22は上記圧力により黄銅製バックアップ部材24から突き 出され、シール効果が達成できな(なる。In addition, the sealing member 22 is pushed out from the brass backup member 24 by the above pressure. The seal effect cannot be achieved.
このようなシール寿命の問題を解決するため、本発明者は、水中で、すなわち膨 張せずに使用可能となるように選択されたプラスチック材料を用いて、バックア ップ部材24を作ることを考えた。このプラスチック製バックアップ部材は、プ ランジャー8とそれを取り囲むケース壁との間のギャップに充満する高圧下にお いて、ある程度屈曲性または湾曲性を有して、シール部材22の突き出しを良好 に防止するように考え出された。In order to solve this problem of seal life, the present inventors developed The back cover is made of plastic material selected so that it can be used without tension. I considered making a top member 24. This plastic backup member Under high pressure filling the gap between plunger 8 and the surrounding case wall The sealing member 22 has a certain degree of flexibility or curvature, and has good protrusion of the sealing member 22. It was designed to prevent
しかしながら、発明者はまた、クランク軸の回転により加わる力によって、バッ クアップ部材24がプランジャー8の側方から相当な負荷にさらされることを認 めた。このように、シール部材22はプランジャー8の軸受部材としての機能も 持っている。However, the inventor also discovered that the force applied by the rotation of the crankshaft It is recognized that the pull-up member 24 is exposed to a considerable load from the side of the plunger 8. I met. In this way, the seal member 22 also functions as a bearing member for the plunger 8. have.
発明者は適切なバックアップ部材を設計するために種々の材料を試みてきた。ナ イロンは水に対して膨張する傾向があり、適しているとは考えられなかった。バ ックアップ部材24は、種々のプラスチック、例えばテフロンやデルリンで作ら れたし、また炭素繊維で強化したりもした。しかしながら、これらの材料では側 方からの負荷に十分対応できず、また摩耗に対しても十分ではなかった。Inventors have tried various materials to design suitable backup members. Na Iron had a tendency to swell in water and was not considered suitable. Ba The backup member 24 may be made of various plastics, such as Teflon or Delrin. It was also reinforced with carbon fiber. However, these materials It was not able to adequately handle the load from both sides, and it was also not strong enough to withstand wear.
その後、発明者は、バックアップ部材24を高強度繊維で強化されたプラスチッ ク部材、例えばケブラーとして知られたアラミド繊維から製造することを考えた 。特に、あるバックアップ部材24は、アセタール・ポリマーブラツチック、例 えば、デルリン形材料に、約378インチ長さに切断したケブラー繊維を加えた ペレットを混合して製造された。このケブラー繊維は、この混合物のうち重量比 が約30%である。この混合物は、その後通常の射出成形法を用いてバックアッ プ部材24として一体成形された。デルリンとケブラーは両方ともデュポン社の 登録商標であり、良く知られた優良な製品である。Thereafter, the inventor replaced the backup member 24 with plastic reinforced with high-strength fibers. For example, the idea was to manufacture it from an aramid fiber known as Kevlar. . In particular, some backup members 24 are made of acetal polymer plastics, e.g. For example, Kevlar fibers cut to lengths of approximately 378 inches were added to Delrin shaped material. Manufactured by mixing pellets. This Kevlar fiber has a weight ratio of is about 30%. This mixture is then backed up using conventional injection molding methods. It is integrally molded as a pull member 24. Delrin and Kevlar are both from DuPont. It is a registered trademark and a well-known and excellent product.
デルリンにケブラー繊維を強化したバックアップ部材24は、優秀なバックアッ プ部材を提供する。このバックアップ部材24は、5,000 psiに達する 圧力でのシール突き出しを防止する。加えて、熱がシール部材22に伝わらない ので、優秀な摩擦特性を有している。さらに、往復動式プランジャー/クランク 軸構造に加えられる側方負荷に十分対応できる。したがって、経済的な構造のポ ンプ2は、少なくとも約5,000 psiに達する圧力で水を汲み上げること ができる。The backup member 24, which is made of Delrin reinforced with Kevlar fiber, is an excellent backup material. Provides a pull member. This backup member 24 reaches 5,000 psi. Prevents seal ejection due to pressure. In addition, heat is not transmitted to the sealing member 22. So it has excellent friction properties. In addition, reciprocating plunger/crank It can sufficiently handle the lateral loads applied to the shaft structure. Therefore, the point of economic structure is Pump 2 shall pump water at a pressure reaching at least approximately 5,000 psi. Can be done.
バックアップ部材24を製造する場合、ケブラー繊維は、デュポン社製のデルリ ン材料と良(混合しないことが判明した。しかしながら、セラニース社もまたデ ルリン形材料、即ち、セルコンとして知られたアセタールポリマーを製造してい る。ケブラー繊維はセルコンブランドのアセタールポリマーとは良く混合する。When manufacturing the backup member 24, the Kevlar fiber is manufactured by DuPont Delly. However, Celanise also Manufactures a lurin-shaped material, an acetal polymer known as Cercon. Ru. Kevlar fibers mix well with Cercon brand acetal polymer.
このようにして、バックアップ部材24は、ケブラー繊維にセラニース社により 製造され販売されている商品名「セルコン」のアセタールポリマーとを混合する ことにより製造することが好ましい。In this way, the backup member 24 is made of Kevlar fiber by Celanise Co., Ltd. Mix with acetal polymer manufactured and sold under the trade name "Cercon" Preferably, it is manufactured by.
本発明は、当業者に明らかなように種々の変形例が可能であり、本発明の請求の 範囲は、添付されたクレームによってのみ制限されるものである。The present invention can be modified in various ways as will be apparent to those skilled in the art, and the claims of the present invention may be modified. The scope is limited only by the appended claims.
Claims (14)
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