JPH0828712A - 軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転時の遠心力を利用して、境面潤滑状態を
良好に保持させて所定のシール性能を安定よく確保する
ことができるとともに、十分な冷却効果も発揮させて使
用可能な軸径周速を高めることができ、また、正圧、負
圧の両仕様に対しても密封性を維持できるようにする。 【構成】 ケーシング１に固定されたプレート４の軸方
向の両側にそれぞれ第１および第２の弾性シールリング
１１，１２を配置し、これら両弾性シールリング１１，
１２のつば部１１ｂ，１２ｃの外周部外側面１１ｄ，１
２ｅをプレート４の両側面４ａ，４ｂに摺接させるよう
にし、回転軸３、プレート４および両弾性シールリング
１１，１２で囲まれる空間部ＰにグリースＧを充填させ
た構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雨水、下水、海水、河
川水あるいはかんがい用水用のポンプなどの各種流体機
器における軸封部として適用される軸封装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、河川水の排水などに使用される
横軸斜流ポンプにおいては、図５に示すように、ケーシ
ング１０１に形成された回転軸貫通孔１０２に、外周面
にスリーブ１０３が嵌着された回転軸１０４を貫通し、
上記スリーブ１０３に対応してケーシング１０１の内周
面に形成された環状のパッキン嵌入溝１０５内にグラン
ドパッキン１０６を挿入し、このグランドパッキン１０
６を上記ケーシング１０１に締付け固定される押輪１０
７の軸方向内端面１０７ａでポンプ液Ｓ側（奥側）に押
圧し、上記ケーシング１０１に上記パッキン嵌入溝１０
５にまで達するフラッシング孔１０８を形成してなるグ
ランドパッキン方式の軸封装置が用いられている。

【０００３】しかし、上記グランドパッキン方式の軸封
装置は、グランドパッキン１０６の焼き付き防止のため
に、別途、給水装置が必要であるために、装置構造が複
雑になる上に、ポンプの起動前の真空引きにおける空気
吸込み量が多くて定常運転に至るまでに長い時間がかか
るという難点がある。

【０００４】このようなグランドパッキン方式の軸封装
置に代わって、従来から、ＮＢＲなどからなる弾性シー
ルリングを用いた軸封装置が開発され使用されている。
その一例として図６に示すような構成の軸封装置が知ら
れている。この軸封装置は、ケーシング１０１の側壁１
０１ａに対向する環状のプレート１０９を上記ケーシン
グ１０１に固定し、上記側壁１０１ａとプレート１０９
との間の回転軸１０４の外周面に、軸方向の両端に縦断
面かぎ形のつば部１１０ａ，１１０ｂを有する略Ｖプー
リー状の弾性シールリング１１０を固定し、この弾性シ
ールリング１１０の一方のつば部１１０ａの外周面外側
面１１０ｃを上記側壁１０１ａの内側面１０１ｂに摺接
させるとともに、他方のつば部１１０ｂの外周面外側面
１１０ｄを上記プレート１０９の一側面１０９ａに摺接
させ、かつ、上記ケーシング１０１、プレート１０９お
よび弾性シールリング１１０で囲まれる空間部Ｐ内に潤
滑剤としてのグリースＧを充填させてなるものであり、
この軸封装置によれば、上記弾性シールリング１１０に
おける軸方向両端のつば部１１０ａ，１１０ｂの外周面
外側面１１０ｃ，１１０ｄとケーシング１０１の側壁１
０１ａの内周面１０１ｂおよびプレート１０９の一側面
１０９ａとの間をそれぞれ上記グリースＧによる境面潤
滑状態としてシール面とするものである。

【０００５】また、弾性シールリングを用いた軸封装置
の他の例として図７に示すような構成のものも従来から
知られている。この軸封装置は、水没状態で使用される
水没方式であって、基本的には図６に示す構成と同一で
あるが、水中において回転軸１０４上で構成部材の分
解、組立を必要とすることから、回転軸１０４の外周面
に固定部材１１２を介してスリーブ１１１を挿入固定
し、このスリーブ１１１の外周面に弾性シールリング１
１０を固定した構成を採用したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成の従来の
軸封装置のうち、図６に示すものは、弾性シールリング
１１０の径方向の外側の空間部ＰにグリースＧが充填さ
れているので、回転軸１０４の回転にともない上記グリ
ースＧに遠心力が働き、回転速度が増すにつれてグリー
スＧが径方向外方へ移動し、上記シール面で油（グリー
ス）切れを起こしてシール性能の低下、ひいては摺接面
の焼き付きを生じやすい。その上、弾性シールリング１
１０は空冷されるだけで冷却効果も不十分であることか
ら、許容軸径周速も１ｍ／ｓｅｃが限度である。また、
ポンプの正圧の仕様では、ポンプ液Ｓが上記弾性シール
リング１１０の一方のつば部１１０ｂの外周面外側面１
１０ｄのプレート１０９の一側面１０９ａに対する摺接
力が弱くなって、境面潤滑状態での所定のシール性能を
維持することができず、その摺接部位からポンプ液Ｓが
グリースＧ内に混入して、グリースＧの性状が変化し、
該グリースＧによる境面潤滑状態でのシール性能が一段
と悪化するという問題があった。

【０００７】また、図７に示すものは、水没方式である
ために、弾性シールリング１１０に対する冷却効果は図
６のものより優れているものの、回転軸１０４の高速回
転による遠心力でグリースＧが径方向外方へ移動するこ
とにともなうシール性能の低下は避けられず、許容軸径
周速も３ｍ／ｓｅｃが限度である。その上、スリーブ１
１１を使用するので、全体の構造が複雑となり、分解、
組立にも手数がかかるという問題があった。

【０００８】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、構造の複雑化を招くことなく、高速回転に対
しても弾性シールリングと相手側との間での境面潤滑に
よるシール性能を常に安定よく維持することができ、し
かも、正圧および負圧のいずれの仕様においても空気の
吸い込みや封入液体の潤滑剤への混入を防止することが
できる軸封装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る軸封装置は、回転軸が貫通される孔を
形成したケーシングの側壁に対向して該ケーシングに固
定された環状のプレートと、縦断面かぎ形のつば部を有
し、上記ケーシングの側壁とプレートとの間に位置させ
て前記回転軸の外周面に固定された第１の弾性シールリ
ングと、縦断面かぎ形のつば部を有し、上記プレートよ
りも封入液体側に位置させて上記回転軸の外周面に固定
され、かつ上記つば部の外周部外側面が上記プレートの
他方の側面に摺接する第２の弾性シールリングとを具備
し、上記回転軸、プレートおよび両弾性シールリングで
囲まれる空間部に潤滑剤を充填供給するように構成した
ものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ケーシングの側壁に対向して
該ケーシングに固定した環状プレートの軸方向の両側に
おいて回転軸にそれぞれ固定した第１および第２の弾性
シールリングのつば部の外周面外側面を上記プレートの
両側面に摺接させるとともに、回転軸、プレートおよび
両弾性シールリングで囲まれる空間部に潤滑剤を充填供
給した構成としているので、回転軸の回転時に潤滑剤に
働く遠心力によって該潤滑剤が常に両弾性シールリング
のつば部の外周部外側面と上記プレートの両側面との摺
接面に押込み供給されることになって、それら両摺接面
での境面潤滑状態が安定よく保たれ、これによって、高
速回転時においても所定のシール性能を確保することが
可能である。

【００１１】また、封入液側の第２の弾性シールリング
および環状プレートが封入液体に接しているために、そ
れらに対する冷却効果が高く、軸径周速を高くすること
が可能である。さらに、正圧の仕様では第２の弾性シー
ルリングのつば部の外周部外側面がプレートの一方の側
面に強く摺接して、封入液体が潤滑剤充填空間部に侵入
することを防止し、かつ、負圧の仕様では第１の弾性シ
ールリングのつば部の外周部外側面がプレートの他方の
側面に強く摺接して、大気からの空気の吸い込みを防止
するといったように、正圧、負圧のいずれの仕様に対し
ても所定のシール機能を確実に保持することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。図１は本発明の一実施例による軸封装置の縦
断面図であり、同図において、１はケーシングであり、
その側壁１ａに形成された回転軸貫通孔２には回転軸３
が挿通されている。４は上記側壁１ａに対向する環状の
プレートであり、缶Ｍ側の植込みボルト５を介して上記
ケーシング１の軸方向におけるポンプ液Ｓ側の側面に固
定されている。６は上記プレート４の軸心部に形成され
た回転軸貫通孔である。７は上記ケーシング１側の環状
凹部８に嵌合されて上記プレート４とケーシング１との
接合部位をシールするＯリング、９は上記プレート４側
の環状凹部１０に嵌合されてプレート４と缶Ｍとの接合
部位をシールするＯリングである。

【００１３】１１は上記ケーシング１の側壁１ａと上記
プレート４との間に配設された第１の弾性シールリン
グ、１２は上記プレート４に対してポンプ液Ｓ側に隣接
して配設された第２の弾性シールリングであり、これら
両弾性シールリング１１，１２はそれぞれドライブバン
ド１３，１４を介して上記回転軸３の外周面に固定され
ている。

【００１４】上記第１の弾性シールリング１１は、ＮＢ
Ｒ、ＶＩＴＩＯＮ、ネオプレン、ハイパロン、ＥＰＲ等
のゴムやそれらに繊維を配合した繊維強化ゴムなどの有
機弾性体などからなる円筒部１１ａの軸方向両端にそれ
ぞれ縦断面かぎ形のつば部１１ｂ，１１ｃを一体形成し
て略Ｖプーリー状に構成されており、一方のつば部１１
ｂの外周部外側面１１ｄが上記プレート４の一方の側面
４ａに弾性的に摺接され、他方のつば部１１ｃの外周部
外側面１１ｅが上記ケーシング１の側壁１ａの内側面１
ｂに軽く当接されている。

【００１５】上記第２の弾性シールリング１２は、ＮＢ
Ｒ、ＶＩＴＩＯＮ、ネオプレン、ハイパロン、ＥＰＲ等
のゴムやそれらに繊維を配合した繊維強化ゴムなどの有
機弾性体などからなる円筒部１２ａの軸方向両端にそれ
ぞれ縦断面かぎ形のつば部１２ｂ，１２ｃを一体形成し
て略Ｖプーリー状に構成されており、一方のつば部１２
ｂの外周部外側面１２ｄはそのままで、他方のつば部１
２ｃの外周部外側面１２ｅが上記プレート４の他方の側
面４ｂに弾性的に摺接されている。

【００１６】上記回転軸３、プレート４および第１，第
２の弾性シールリング１１，１２で囲まれた空間部Ｐに
は、潤滑剤としてのグリースＧが充填供給されており、
このグリースＧは上記プレート４に形成されたグリース
供給孔１５を通して空間部Ｐに供給されるようになって
いる。

【００１７】つぎに、上記構成の軸封装置による動作に
ついて説明する。ポンプの通常運転において回転軸３の
回転につれて、第１および第２の弾性シールリング１
１，１２が一体に回転する。この回転にともない、第１
の弾性シールリング１１における一方のつば部１１ｂの
外周部外側面１１ｄがプレート４の一方の側面４ａに摺
接し、他方のつば部１１ｃの外周部外側面１１ｅがケー
シング１の側壁１ａの内側面１ｂに軽く当接するととも
に、第２の弾性シールリング１２の一方のつば部１２ｃ
の外周部外側面１２ｅが上記プレート４の他方の側面４
ｂに摺接する。

【００１８】このとき、上記空間部Ｐに充填されている
グリースＧは遠心力を受けて径方向の外方へ移動されて
おり、上記第１の弾性シールリング１１における一方の
つば部１１ｂの外周部外側面１１ｄとプレート４の一方
の側面４ａとの間および第２の弾性シールリング１２の
一方のつば部１２ｃの外周部外側面１２ｅと上記プレー
ト４の他方の側面４ｂとの間にそれぞれ押込まれて、両
面１１ｄ，４ａおよび１２ｅ，４ｂ間に境面潤滑による
シール機能が付与され、これによって、ケーシング１と
回転軸３との間が封止されることになる。

【００１９】ところで、上記回転軸３の回転速度が増す
と、上記遠心力によるグリースＧの径方向外方への移動
力が大きくなり、上記両面１１ｄ，４ａおよび１２ｅ，
４ｂ間へのグリースＧの供給が促進されるために、上記
境面潤滑によるシール機能が安定的に維持されることに
なる。また、第２の弾性シールリング１２およびプレー
ト４はポンプ液Ｓに常に接しているので、それらを有効
に冷却することが可能であり、したがって、軸径周速が
５ｍ／ｓｅｃ程度でも所定のシール性能を保持させて十
分に対応させることができる。

【００２０】また、ポンプの正圧の仕様では、ポンプ液
Ｓ側にある第２の弾性シールリング１２におけるつば部
１２ｃの外周部外側面１２ｅがプレート４の一方の側面
４ｂに強く摺接する状態となって、この摺接部でのシー
ル性が高められることになり、ポンプ液ＳがグリースＧ
の充填空間部Ｐに侵入することが防止される。また、ポ
ンプの起動前の真空引きのような負圧の仕様では、大気
Ａ側にある第１の弾性シールリング１１のつば部１１ｂ
の外周部外側面１１ｄがプレート４の他方の側面４ｂに
強く摺接する状態となって、この摺接部でのシール性が
高められることになり、大気Ａ側からの空気の吸い込み
が有効に防止される。

【００２１】さらに、上記構成の軸封装置では、上記両
弾性シールリング１１，１２を回転軸３の外周面に直接
固定する構成であるから、従来の水没方式の場合に必要
であったスリーブの使用が全く不要となり、構造の簡素
化と同時に、２分割構造が容易なため、組立性も改善す
ることが可能である。なお、本実施例における第１の弾
性シールリング１１のつば部１１ｃは、ゴミや異物がつ
ば部１１ｂの外周部外側面１１ｄとプレートとの摺接部
に入り込むのを防ぐものであり、使用する状況により、
つば部１１ｃ，１２ｂのない第１および第２の弾性シー
ルリングを選択することも可能である。

【００２２】以下、本発明者が行なったシール性能の評
価試験について簡単に説明する。図２は上記軸封装置を
横軸斜流ポンプの軸封に適用して、実施した回転試験の
ための装置の概要を示す構成図である。上記両弾性シー
ルリング１１，１２に対応して、供試シールリングＮＳ
とダミーシールリングＮＤを準備した。このポンプの仕
様はつぎの通りである。 流体名：河川水 圧 力：始動前 ０〜−１０ｍ（５分以内、空気と水） 運転中 −２．２〜−４．６５ｍ（水中埋没） 温 度：常温 回転数：４４２ｒｐｍ、 周速：３ｍ／ｓｅｃ

【００２３】図２において、２１は供試シールリングＮ
ＳおよびダミーシールリングＮＤが装着された回転軸３
を支持する軸受、２２は上記回転軸３を駆動する変速モ
ータである。２３は水槽２４内の水Ｗを上記供試シール
リングＮＳおよびダミーシールリングＮＤに供給するた
めのポンプ、２５はポンプ２３の吐出側に設けられた流
量計、２６は潤滑剤としての密封流体に対する圧力計で
ある。

【００２４】上記回転試験装置による試験条件は、つぎ
の通りである。 密封流体 水（グリース溜め込み） 密封流体温度 常温 密封流体圧力 ０〜２０ｍ 回転数 ４４２，５５８，７３８ｒｐｍ フラッシング量 ３．０，５．０，１０ ｌ／ｍｉｎ （給水の有無）有：供試シールリングＮＳ側からフラッ
シングを実施 無：ダミーシールリングＮＤ側からフラッシングを実施 試験時間 ３０〜１５０ｍｉｎ なお、この試験は実ポンプでの実流体の攪拌を予想して
実施したもので、この場合、ＮＳ側へのフラッシングは
ない。

【００２５】上記供試シールリングＮＳの取付け状態
で、図３に示す各部Ｔ１〜Ｔ６の温度を測定した。

【００２６】上記試験内容結果の要約を表にして図４に
示すが、封入グリースの漏れは、全試験を通じて観られ
ず、また、大気側への漏れも観られなかった。さらに、
開放後の供試シールリングＮＳ、プレートおよびケーシ
ングプレートのシール面に異常はみられなかった。

【００２７】また、上記の試験結果を考察してみたとこ
ろ、上記供試シールリングＮＳのシールの使用可否は、
その材質であるＮＢＲの耐熱温度によって決定され、使
用許容温度は通常６０℃までである。この６０℃以下ま
でを使用範囲とすれば、試験結果から、最も高い温度を
示したプレートシール面でみると、軸径周速３ｍ／ｓｅ
ｃ（回転数４４２ｒｐｍ）は十分に使用可能な範囲であ
る。また、給水無しで、ダミーシールリングＮＤ側のフ
ラッシング量が１０ｌ／ｍｉｎ以上確保されれば、シー
ル面温度は５５０℃近辺で安定するが、周速を４ｍ／ｓ
ｅｃにすると、給水無しでダミーシールリングＮＤ側の
フラッシング量を１５ｌ／ｍｉｎ以上にしても、数分間
で７０℃を越えてしまい、実質的に使用することができ
ない。

【００２８】一方、供試シールリングＮＳ側から給水す
ると、温度は一時的に４９℃まで上昇するが、その後、
４０℃以内に保たれる。さらに、軸径周速を５ｍ／ｓｅ
ｃまで上げても問題はなかった。また、試験圧力を５ｍ
から１０，２０ｍに上げた場合、フラッシング量を１０
ｌ／ｍｉｎ以上にすれば使用可能であることが確認でき
た。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ケーシ
ングの側壁に対向して該ケーシングに固定した環状プレ
ートの軸方向両側において回転軸にそれぞれ固定した第
１および第２の弾性シールリングのつば部の外周面外側
面を上記プレートの両側面に摺接させる構成とするとと
もに、回転軸、プレートおよび両弾性シールリングで囲
まれる空間部に潤滑剤を充填した構成としているので、
回転軸の回転時の遠心力によって潤滑剤を常に両弾性シ
ールリングのつば部の外周部外側面と上記プレートの両
側面との摺接面に押込み供給させて、それら両摺接面で
の境面潤滑状態を安定よく確保することができる。ま
た、高温側の第２の弾性シールリングおよび環状プレー
トが封入液体に接しているために、それらに対する冷却
効果も十分に発揮させることができる。これらによっ
て、高速回転時においても所定のシール性能を安定よく
確保することができる。換言すると、シール性能の低下
を招くことなく、使用可能な軸径周速を高めることがで
きる。

【００３０】しかも、正圧の仕様では第２の弾性シール
リングによるシール機能を高めて、封入液体が潤滑剤充
填空間部に侵入することを防止でき、かつ、負圧の仕様
では第１の弾性シールリングによるシール機能を高め
て、大気からの空気の吸い込みを防止できるといったよ
うに、正圧、負圧のいずれの仕様に対しても所定のシー
ル機能を確実良好に保持することができる。さらに、両
弾性シールリングを回転軸に直接固定させて、スリーブ
の使用が不要であるから、構造の簡素化および組立性の
向上も図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による軸封装置の縦断側面図
である。

【図２】同上軸封装置を横軸斜流ポンプの軸封に適用し
た場合のシールリングの回転試験装置の概要を示す構成
図である。

【図３】回転試験を行なう際の軸封装置に対する測温部
位の配置を示す要部の縦断面図である。

【図４】試験内容結果を要約した図表である。

【図５】従来一般のグランドパッキン方式の軸封装置を
示す半截縦断面図である。

【図６】従来の弾性シールリング空冷方式の軸封装置を
示す半截縦断面図である。

【図７】従来の弾性シールリング水冷方式の軸封装置を
示す半截縦断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング １ａ ケーシングの側壁 ２ 回転軸貫通孔 ３ 回転軸 ４ プレート ４ａ，４ｂ プレートの側面 １１ 第１の弾性シールリング １１ｂ 第１の弾性シールリングのつば部 １２ 第２の弾性シールリング １２ｃ 第２の弾性シールリングのつば部 １１ｄ，１２ｅ つば部の外周部外側面 Ｇ グリース（潤滑剤） Ｐ 空間部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸が貫通される孔を形成したケーシ
   ングの側壁に対向して該ケーシングに固定された環状の
   プレートと、縦断面かぎ形のつば部を有し、上記ケーシ
   ングの側壁とプレートとの間に位置させて前記回転軸の
   外周面に固定された第１の弾性シールリングと、縦断面
   かぎ形のつば部を有し、上記プレートよりも封入液体側
   に位置させて上記回転軸の外周面に固定され、かつ上記
   つば部の外周部外側面が上記プレートの他方の側面に摺
   接する第２の弾性シールリングとを具備し、上記回転
   軸、プレートおよび両弾性シールリングで囲まれる空間
   部に潤滑剤を充填供給するように構成したことを特徴と
   する軸封装置。