JPH08506399A - 遠心シールアッセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ポンプチャンバを備えたポンプケーシング、ポンプインペラー、インペラー通路、及び回転自在のポンプインペラーシャフトを含むポンプ用の遠心シールアッセンブリ（３１）であって、該シールアッセンブリ（３１）は、シールチャンバ内に配置されており且つポンプシャフトに取り付けられた回転自在の主本体（３２）、及びこの主本体（３２）の一方の側に設けられた周方向に間隔を隔てられた複数のベーン（３８）を有し、各ベーン（３８）は、前記主本体の内ゾーンから前記主本体の外周縁に向かって延び且つこの外周縁で終端し、各ベーンは、湾曲した前縁部分を有し、前記複数のベーン（３８）は、Ｒｖ／Ｄｅｏが０．３乃至０．７の範囲内にあるように形成されており、ここで、Ｒｖ＝ベーン（３８）の前縁の湾曲であり、Ｄｅｏ＝ベーン（３８）の外径、である。

Description

【発明の詳細な説明】 遠心シールアッセンブリ 本発明は、遠心ポンプで使用するのに適した遠心シールアッセンブリに関し、 更に詳細には、ポンプシャフト用シールアッセンブリに関する。 代表的なポンプアッセンブリ及びこれと関連したシールアッセンブリを添付図 面に示す。 第１図は、ポンプ及び本発明の好ましい実施例による遠心シールアッセンブリ の概略側面図であり、 第２図は、シールアッセンブリで使用するためのシール装置の平面図であり、 第３図は、第２図に示す装置の側断面図である。 添付図面を参照すると、これらの図には全体に参照番号１０を附したポンプが 示してあり、このポンプは、内部にポンプチャンバ１４を有するケーシング１２ を有する。ポンプ１０は、インペラー通路２０を備えたポンプインペラー１８を 更に有し、インペラー１８は、ポンプシャフト１６に回転自在に取り付けられて おり、ポンプチャンバ１４内に配置されている。 回転自在のシール装置３１を含む遠心シールアッセンブリ３０がポンプケーシ ング１２の一方の側に取り付けられている。シール装置３１は、ポンプシャフト １６に取り付けられた内区分３４及びディスク状構造の形態で示す外区分３６を 備えた主本体３２を有する。装置３１は、ポンプシャフト１６にこのポンプシャ フトとともに回転するように取り付けられている。シール装置３１は、通路４３ を介してポンプチャンバ１４と連通したシールチャンバ４２内に配置されている 。 シール装置３１は、複数のベーン３８を有し、これらのベーンは、主本体３１ の内区分３４から延びており、外区分３６の外周縁のところで終端する。ベーン ３８は、周方向で互いから間隔を隔てられており、前縁が装置の回転方向に関し て湾曲している。 遠心シールアッセンブリ３０は、主シール装置４６と関連して使用され、この 主シール装置は、図示のようにパッキングの形態、或いは、リップシール又は他 の種類のシールであるのがよい。 遠心ポンプ用のこの一般的な種類のシャフトシールアッセンブリは周知である 。回転シール装置は、その周囲に動的圧力を発生する。回転中、シールチャンバ 内の回転液体を装置とともに強制的に回転させる。この圧力がポンプのインペラ ーが発生する圧力を相殺する。ポンプシャフトのところでの圧力を減少させるこ とによって主シール装置を低圧シールとして機能させることができ、これによっ てシールの寿命を延ばす。主シャフトシールの目的は、ポンプの停止時に漏れが 起こらないようにすることである。 適切に取り付けられた遠心シールアッセンブリは、ポンプの圧力を完全に相殺 するのに十分な圧力を発生できる。この状態では、圧送された流体はポンプシャ フトから離されたままであり、主シャフトシール装置はこれらの理想的状態で「 ドライ」な状態で作動できる。冷却及び潤滑を行うためには、外部供給源からの グリス又は水の形態であるのがよい任意の種類の潤滑剤を使用する必要がある。 作動にあたっては、回転シール装置はシールチャンバ内に回転流体場を発生す る。発生した圧力を最大にすることにより、種々のオプションを利用できる。例 えば、装置の外径を大きくすることによって、圧力を回転速度の平方に従って増 大できる。 更に、シール装置の幅が性能に及ぼす影響は小さいが、この幅は比較的狭くな ければならないということがわかっている。圧力を最大にし、スリップ及び乱流 を最小にする上でシール装置のベーンの形状が特に重要であることがわかってい る。スリップは発生した圧力を低下し、粒子を含むスラリー内の乱流は摩耗を生 じ、構成要素の寿命を短くする。 本発明の目的は、改良シール装置及びこのような装置を組み込んだシールアッ センブリを提供することであり、これらは、装置及びアッセンブリの性能を改良 する。 基本的には、本発明は、内部にポンプチャンバを備えたポンプケーシング及び インペラー通路を備えたポンプインペラーを持つポンプで使用するのに適した遠 心シール装置に関し、ポンプインペラーは、回転自在のシャフトに取り付けられ ており、ポンプインペラーは、ポンプチャンバ内に配置されている。 シール装置は、シールチャンバ内に配置された主本体を有し、この主本体は、 ポンプシャフトに回転自在に取り付けられている。装置は、周方向に間隔を隔て られた複数のベーンを主本体の一方の側に有し、ベーンは、主本体の内ゾーンか ら主本体の外周縁に向かって延び、ここで終端する。各ベーンは、装置の回転方 向に関して湾曲した前縁部分及びベーンの内端と外端との間を延びる主軸線を有 する。主本体は、内区分及び外区分を有する。 本発明によれば、このシール装置のベーンは、以下の相対寸法の少なくとも一 方、及び好ましくは両方に従って形成されている。 Ｔｅｖ／Ｗｅｖ ０．３乃至２．０、好ましくは０．３乃至１．５、更に好ま しくは約０．８５ Ｒｖ／Ｄｅｏ ０．３乃至０．７、更に好ましくは約０．５ ここで、 Ｔｅｖ＝ベーンの厚さ Ｗｅｖ＝ベーンの幅 Ｒｖ＝ベーンの前縁の湾曲 Ｄｅｏ＝ベーンの外径 有利には、ベーンの主軸線は、半径方向に延びているか或いは回転方向に関し て０゜乃至３０゜、更に好ましくは約７．５゜の所定の角度αｖだけ半径方向か ら後方に角度的に傾斜している。 好ましくは、ベーンの主軸線は、ポンプシャフトの回転軸線から、好ましくは 最大で装置のベーンの厚さを含む所定距離だけずれている。例えば、ベーンの主 軸線は、代表的には、主本体の内縁と外縁との間の半径方向線と内区分の直径の 領域で交差する。 各ベーンの内径と外径の比は、性能を更に改良するように、限度内にあるのが よい。Ｄｅｖｉ／Ｄｅｖｏの比は、０．２乃至０．７であるのがよく、好ましく は、０．２乃至０．６であるのがよく、更に好ましくは０．４であるのがよい。 ここで、Ｄｅｖｉはベーンの内径であり、Ｄｅｖｏはベーンの外径である。 更に、シールチャンバの幅（Ｗｅｃ）のインペラー通路の幅（Ｗｉｐ）に対す る比は、０．３乃至１．２５の範囲内にあり、好ましくは０．５乃至１．２５の 範囲内にある。 例えば、シール装置は、このような状態では、ポンプのインペラーの外径に対 する比が０．６以上であるときに最適の性能を与えるということがわかっている 。このような状態では、追加の動力をあまり消費せずに十分な圧力を発生できる 。 装置のベーンの幅の、インペラーのベーン通路の幅に対する比は、通常は、０ ．０５乃至０．６であり、好ましくは０．１乃至０．６である。更に、シール装 置のベーンの幅はシールチャンバの幅の０．２乃至０．５である。これらの幅の 比は、特にポンプがインペラーを軸線方向に調節するための隙間を備えている場 合に変化できる。このように軸線方向に調節することによって、ポンプのインペ ラーの性能を最適にすることができる。しかしながら、ベーンを通過する流体の スリップを最小にするのに十分多数のベーンが設けられている場合には、シール チャンバ内の隙間は、シール装置の性能にあまり影響を及ぼさない。このスリッ プは、シール装置が発生した圧力を低下し、乱流及び摩耗をもたらす。ベーンの 数は、望ましくは、６乃至３０であり、１６が密封性及び製造の容易さについて の良好な折衷であるということがわかった。 添付図面を参照すると、これらの図面には、上掲の寸法の各々が示してある。 上掲のパラメータに従って設計されたベーンは、圧力の発生を最大にし、乱流 を最小にすることがわかっている。これらのベーンは、前縁が湾曲しており、後 縁は実質的に平らであるか或いは前縁ほど湾曲していない。 本発明による遠心シールアッセンブリは、パッキング、リップシール、等の任 意のシール装置とともに使用できる。 以下の例は、本発明の好ましい実施例による遠心シールアッセンブリを組み込 んだポンプの性能の改善を例示するために提供される。 例１ 入口が１００mmで出口が７５mmの従来のポンプの性能を入口と出口が同じで本 発明によるパラメータを持つポンプと比較する。従来のポンプ及び新たなポンプ の詳細を以下に列挙する。 これらのポンプを１０００rpm及び１３００rpmの速度で作動させた。 添付図面のうち第４図を形成するグラフには、二つのポンプの間の性能の差が 示してあり、太い方の線が本発明によるポンプを表し、細い方の線が従来のポン プを示す。 グラフからわかるように、シール漏れがない状態での最大入口ゲージ圧は、本 発明によるポンプについては十分に増大する。 例２ 入口が２００mmで出口が１５０mmの従来のポンプの性能を入口と出口が同じで 本発明によるパラメータを持つポンプと比較する。従来のポンプ及び新たなポン プの詳細を以下に列挙する。 これらのポンプを５００rpm及び７００rpmの速度で作動させた。 添付図面のうち第５図を形成するグラフには、二つのポンプの間の性能の差が 示してあり、太い方の線が本発明によるポンプを表し、細い方の線が従来のポン プを示す。 この場合も、グラフからわかるように、シール漏れがない状態での最大入口ゲ ージ圧は、本発明によるポンプについては十分に増大する。 最後に、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、部分の種々の構造及び 構成に種々の変形、変更及び／又は追加を行うことができるということは理解さ れるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内部にボンプチャンバを備えたポンプケーシング及びインペラー通路を備え たポンプインペラーを持ち、該ポンプインペラーは回転自在のシャフトに取り付 けられており、前記ポンプインペラーは前記ポンプチャンバ内に配置されている 、ポンプで使用するのに適した遠心シール装置であって、該シール装置は、シー ルチャンバ内に配置されており且つ前記ポンプシャフトに回転自在に取り付けら れた主本体、及び該主本体の一方の側に設けられた周方向に間隔を隔てられた複 数のベーンを有し、これらのベーンは前記主本体の内ゾーンから前記主本体の外 周縁に向かって延び又はこの外周縁で終端し、各ベーンは、前記装置の回転方向 に関して湾曲した前縁、及び前記ベーンの内端と外端との間を延びる主軸線を有 し、前記主本体は内区分及び外区分を有する、遠心シール装置において、前記ベ ーンが以下の相対寸法、即ち、 Ｒｖ／Ｄｅｏが０．３乃至０．７の範囲内にあり、ここで、 Ｒｖ＝ベーンの前縁の湾曲 Ｄｅｏ＝ベーンの外径、に従って形成されている、ことを特徴とする遠心シー ル装置。 ２．Ｒｖ／Ｄｅｏの比が約０．５である、請求項１に記載の遠心シール装置。 ３．Ｔｅｖ／Ｗｅｖの比が０．３乃至２．０の範囲内にあり、 ここで、Ｔｅｖ＝ベーンの厚さであり、 Ｗｅｖ＝ベーンの幅である、請求項１に記載の遠心シール装置。 ４．Ｔｅｖ／Ｗｅｖの比が０．３乃至１．５の範囲内にある、請求項２に記載の 遠心シール装置。 ５．Ｔｅｖ／Ｗｅｖの比が約０．８５である、請求項１乃至４のうちのいずれか 一項に記載の遠心シール装置。 ６．前記ベーンの前記主軸線が半径方向に延びているか或いは回転方向に関して 後方に、半径方向から０゜乃至３０゜の範囲の所定角度αｖだけ角度的に傾斜し ている、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の遠心シール装置。 ７．αｖが約７．５゜である、請求項６に記載の遠心シール装置。 ８．前記ベーンの前記主軸線は、ポンプシャフトの回転軸線から、好ましくは、 最大で前記装置の前記ベーンの厚さだけずれている、請求項１乃至７のうちのい ずれか一項に記載の遠心シール装置。 ９．前記ベーンの前記主軸線は、前記主本体の内縁と外縁との間の半径方向線と 前記内区分の直径の領域等で交差する、請求項８に記載の遠心シール装置。 10．各ベーンの内径と外径との比であるＤｅｖｉ／Ｄｅｖｏが、０．２乃至０． ７の範囲内にあり、 ここで、Ｄｅｖｉはベーンの内径であり、Ｄｅｖｏベーンの外径である、請 求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の遠心シール装置。 11．Ｄｅｖｉ／Ｄｅｖｏの比が０．２乃至０．６の範囲内にある、請求項１０に 記載の遠心シール装置。 12．Ｄｅｖｉ／Ｄｅｖｏの比が約０．４又は０．５である、請求項１１に記載の 遠心シール装置。 13．シールチャンバの幅（Ｗｅｃ）のインペラーの通路の幅（Ｗｉｐ）に対する 比が０．３乃至１．２５の範囲内にある、請求項１乃至１２のうちのいずれか一 項に記載の遠心シール装置。 14．Ｄｅｖｉ／Ｄｅｖｏの比が約０．２乃至０．７である、請求項１３に記載の 遠心シール装置。 15．前記シール装置の前記外径の前記ポンプの前記インペラーの外径に対する比 が０．６以上である、請求項１４に記載の遠心シール装置。 16．前記装置の前記ベーンの幅の前記インペラーの前記ベーンの通路の幅に対す る比が０．０５乃至０．６である、請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記 載の遠心シール装置。 17．Ｄｅｖｉ／Ｄｅｖｏの比が０．１乃至０．６の範囲内にある、請求項１６に 記載の遠心シール装置。 18．Ｄｅｖｉ／Ｄｅｖｏの比が約０．５である、請求項１７に記載の遠心シール 装置。 19．前記シール装置の前記ベーンの幅Ｗｅｖが、前記シールチャンバの幅の０． ２乃至０．５である、請求項１８に記載の遠心シール装置。 20．１６個のベーンが設けられている、請求項１乃至１９のうちのいずれか一項 に記載の遠心シール装置。