JPS62312B2 - - Google Patents

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JPS62312B2
JPS62312B2 JP19446181A JP19446181A JPS62312B2 JP S62312 B2 JPS62312 B2 JP S62312B2 JP 19446181 A JP19446181 A JP 19446181A JP 19446181 A JP19446181 A JP 19446181A JP S62312 B2 JPS62312 B2 JP S62312B2
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JP
Japan
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pressure
oil
shaft
hydraulic
space
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JP19446181A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Kusumi
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPS62312B2 publication Critical patent/JPS62312B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は泥水工法における揚泥装置としての水
中サクシヨンポンプ等の水中アクチユエータの回
転軸部の軸封装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a shaft sealing device for a rotating shaft portion of a submersible actuator such as a submersible suction pump as a mud lifting device in a muddy water construction method.

リバースサーキユレーシヨンドリル等の泥水工
法において、掘削した土砂を水と共に地上に排出
するためのサクシヨンポンプを水中に入れたもの
が実用化されている。これらのものは掘削ビツト
の直上に取り付けられ、掘削の進捗に伴つて掘削
ビツトと共に地中深く進行する。ここで問題とな
るのは、深度が増すにつれ掘削孔内の水圧が高く
なり、外圧と水中ポンプの内圧との圧力差が大き
くなつて水中ポンプの回転軸シールの性能向上が
要求されることである。通常サクシヨンポンプは
陸上に設置されているが、これを水中に入れる目
的としては、ポンプの性能が吸込揚程に制限され
ることなく、全揚程を吐出揚程におきかえること
ができる点を利用し、含泥率を高めるねらいと掘
削深度が深くなつた場合の揚水を可能にすること
をねらいとしている。従つて水中ポンプ式の竪孔
掘削機にとつては非常に高い性能をもつ回転軸シ
ールが必要となる。
BACKGROUND ART In muddy water construction methods such as reverse circulation drills, suction pumps submerged in water have been put into practical use to discharge excavated earth and sand to the ground together with water. These items are attached directly above the drilling bit and move deeper into the ground along with the drilling bit as drilling progresses. The problem here is that as the depth increases, the water pressure inside the borehole increases, and the pressure difference between the external pressure and the internal pressure of the submersible pump increases, requiring improved performance of the submersible pump's rotating shaft seal. be. Normally, suction pumps are installed on land, but the purpose of submerging them in water is to take advantage of the fact that the pump's performance is not limited to the suction head, and the entire head can be replaced with the discharge head. The aim is to increase the mud content and make it possible to pump water when the excavation depth increases. Therefore, a rotary shaft seal with very high performance is required for a submersible pump type shaft excavator.

このため回転軸シール性能を高めなくても使用
できるようにするものとして、地上からハウジン
グの内部に圧力媒体を送り込んで循環させ、その
作用圧力を外圧より高める方法が考え出されてい
る。これに類したものとしてすでに実公昭48−
21521、特開昭51−155005、特公昭52−7644、実
開昭49−9003、実開昭49−10307号公報等が開示
されている。しかしこれらは圧力媒体を送り込む
手段を別途準備せねばならない欠点を有する。
Therefore, in order to enable use without increasing the rotary shaft sealing performance, a method has been devised in which a pressure medium is fed into the housing from the ground and circulated so that the working pressure is higher than the external pressure. Something similar to this was already published in 1973.
21521, JP-A-51-155005, JP-A-52-7644, JP-A-49-9003, JP-A-49-10307, etc. are disclosed. However, these have the disadvantage that means for feeding the pressure medium must be prepared separately.

この圧力媒体を別途送り込まずに回転駆動源と
して油圧を採用することにより、油圧モータのド
レーン油を途中から分岐し、回転軸封室に導き、
地上のオイルタンクまでのヘツド圧が軸封室にか
かるようにして、内・外圧差を油と外部の泥水の
比重差分に限定させ、特別な圧力負荷手段を排除
し内・外圧差調整機構の簡素化を図つたものとし
て、特公昭52−9921号公報が開示されている。
By using hydraulic pressure as the rotational drive source without separately feeding this pressure medium, the drain oil of the hydraulic motor is branched from the middle and guided to the rotating shaft sealing chamber.
The head pressure up to the oil tank on the ground is applied to the shaft sealing chamber, and the difference in internal and external pressure is limited to the difference in specific gravity between the oil and the muddy water outside.This eliminates special pressure loading means and makes it possible to adjust the internal and external pressure difference adjustment mechanism. Japanese Patent Publication No. 52-9921 is disclosed as an attempt to simplify the method.

この装置は、掘削機におけるカツタを回転駆動
する油圧モータのドレーン油の圧力を利用したも
のである。カツタの回転数は土質によつて異な
り、従つて油圧モータのドレーン油量も変化す
る。このため油量が変化しても常にヘツド圧のみ
作用させるようにして圧力が一定となるような配
慮がなされたものである。従つて作動油と泥水の
比重差分の圧力差はかならず生じるわけで、深度
が増すにつれこの圧力差は増加し、常に外圧より
内圧が低くなる。このためかならず僅かの洩れを
避けることのできないメカニカルシールを使用し
た場合や使用中にシールが寿命等により破損した
場合は、かならず圧力の高い側から低い側へ洩れ
が生じるので、ペアリングや油圧モータひいては
地上の油圧機器にトラブルが発生する懸念があ
る。
This device utilizes the pressure of drain oil from a hydraulic motor that rotates a cutter in an excavator. The rotational speed of the cutter varies depending on the soil quality, and therefore the amount of drain oil in the hydraulic motor also varies. For this reason, care was taken to keep the pressure constant by always applying only the head pressure even if the oil amount changes. Therefore, a pressure difference corresponding to the difference in specific gravity between the hydraulic oil and the mud water always occurs, and as the depth increases, this pressure difference increases, and the internal pressure is always lower than the external pressure. For this reason, if a mechanical seal is used that cannot avoid a small amount of leakage, or if the seal is damaged due to its lifespan during use, leakage will always occur from the high-pressure side to the low-pressure side. There is also a concern that trouble may occur with ground hydraulic equipment.

本発明は、上記した特公昭52−9921号公報の改
良に関するもので、油圧モータのドレーン圧をヘ
ツド圧として利用するのでなく動圧として利用す
ることにより、、掘削深度が増加しても軸封部が
回転している時には常に内圧が外圧より高くなる
ようにして、軸封部から外部へ洩れることはあつ
てもこの逆は生じないようにすると共に、外圧と
直接接する軸シールに洩れが生じても、ペアリン
グ等の被軸封体のある油圧ドレーンに満たされた
液室に被害が及ぶことを防止した水中軸封装置を
提供することを目的としたものである。
The present invention relates to an improvement on the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 52-9921, and by using the drain pressure of the hydraulic motor as dynamic pressure rather than as head pressure, it is possible to achieve shaft sealing even when the excavation depth increases. When the part is rotating, the internal pressure is always higher than the external pressure, so that even if there is leakage from the shaft seal to the outside, the reverse does not occur. The object of the present invention is to provide an underwater shaft sealing device that prevents damage to a liquid chamber filled in a hydraulic drain containing a shafted sealing member such as a pairing.

この目的を達成するために、本発明は、油圧モ
ータによつて駆動される水中アクチユエータの軸
シールを、上下2段に配設し、その上下シール間
に作動油等の液体を封入した空間室を形成すると
共に、その空間室内の液体と外圧とが常にバラン
スする均圧器を取付け、前記上部シールの上側に
設けた被軸封部空間に、前記油圧モータのドレー
ン油を流入充満させると共に、オイルタンクへの
ドレーン配管の途中に、掘削深度が変つても常に
被軸封部空間の内圧が外圧より高くなるような圧
力負荷手段を設けたことを特徴とするものであ
る。
In order to achieve this object, the present invention provides a space in which shaft seals of a submersible actuator driven by a hydraulic motor are arranged in two stages, upper and lower, and a liquid such as hydraulic oil is sealed between the upper and lower seals. At the same time, a pressure equalizer is installed to constantly balance the liquid inside the space and the external pressure, and the drain oil of the hydraulic motor flows into and fills the shaft-sealed space provided above the upper seal. The present invention is characterized in that a pressure loading means is provided in the middle of the drain piping to the tank so that the internal pressure of the shaft-sealed space is always higher than the external pressure even if the excavation depth changes.

本発明の実施例として第1図ないし第3図に従
つて以下具体的に説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. 1 to 3.

まず第1図は本発明に係る竪孔掘削機で竪孔を
掘削している途中の状態を示した全体側面図であ
る。1は地上に据付けたベースで、ベース1の上
には掘削トルク供給装置であるロータリテーブル
2が固定されている。このロータリテーブル2の
中央にはケリーバ3が掘削トルクをロータリテー
ブル2の回転に伴つて受給可能な形状で係合して
いる。そしてケリーバ2の下端に順次連結された
ドリルパイプ4、クロスオーバーサブ5、スタビ
ライザ6、スタビライザ付水中ポンプユニツト
7、ビツト8を駆動するように構成されている。
そしてケリーバ3の上部にはスイベルジヨイント
9が連結され、スイベルジヨイント9の上部には
油圧ロータリジヨイント10が連結されて、地上
に設置された油圧ポンプユニツト11から油圧ホ
ース12を通じて供給される圧油を水中ポンプユ
ニツト7に導く。スイベルジヨイント9にはサス
ペンシヨン9aが取付けられており、クレーン1
2でスイベルジヨイント9をはじめとするビツト
8までのドリルストリングを吊り下げている。ビ
ツト8の下端中央には吸込口があいており、水中
ポンプユニツト7によつて掘削した土砂が水と共
に吸い上げられて各ドリルストリングの内筒を経
て、スイベルジヨイント9に取付けられたデリベ
リホース13を経由して沈澱槽14に放出され
る。そして上澄み液を水中ポンプ15で吸い上げ
掘削孔内に戻す、これを繰りかえすことにより竪
孔を掘削していく。
First, FIG. 1 is an overall side view showing a state in which a pit is being excavated by a pit excavating machine according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a base installed on the ground, and a rotary table 2, which is an excavation torque supply device, is fixed on the base 1. A Kelly bar 3 is engaged with the center of the rotary table 2 in a shape that allows it to receive excavation torque as the rotary table 2 rotates. It is configured to drive a drill pipe 4, a crossover sub 5, a stabilizer 6, a submersible pump unit 7 with a stabilizer, and a bit 8 which are connected to the lower end of the Kelly bar 2 in this order.
A swivel joint 9 is connected to the upper part of the kely bar 3, and a hydraulic rotary joint 10 is connected to the upper part of the swivel joint 9, and water is supplied from a hydraulic pump unit 11 installed on the ground through a hydraulic hose 12. The pressure oil is led to the submersible pump unit 7. Suspension 9a is attached to swivel joint 9, and crane 1
2 hangs drill strings up to bit 8, including swivel joint 9. There is a suction port in the center of the lower end of the bit 8, through which earth and sand excavated by the submersible pump unit 7 is sucked up together with water, passes through the inner cylinder of each drill string, and is then passed through the delivery hose 13 attached to the swivel joint 9. It is discharged to the settling tank 14 via the water. The supernatant liquid is then sucked up by the submersible pump 15 and returned to the borehole, and by repeating this process, the borehole is excavated.

次に第3図で水中ポンプユニツト7の駆動シス
テムについて説明する。地上に設置された油圧ポ
ンプユニツト11のオイルタンク16は二槽に分
かれており、一槽目のタンク16aからフイルム
17を経て電動モータ18によつて駆動される油
圧ポンプ19によつて作動油が吸い上げられる。
そしてコントロールバルブ20を図示の中立状態
から「油圧モータ正転」側へ倒すことにより、作
動油は油圧モータ21を正回転させる配管に導か
れ、第1図に示すロータリジヨイント10の固定
側のポートから、内部管路を経て中央に位置する
回転側の内部管路へ流れ、スイベルジヨイント9
の回転側の内部管路を経てケリーバ3に導かれ
る。ここで、ドリルストリングが回転しても、油
圧ポンプユニツト11からロータリジヨイント1
0に至る油圧ホースが伴廻わりしないように、ロ
ータリジヨイント10には固定側の回転止めスト
ツパ10aがついている。そしてケリーバ3から
ドリルパイプ4、クロスオーバーサブ5、スタビ
ライザ6の外部配管を経て、水中ポンプユニツト
7の油圧モータ21に導かれる。そして油圧モー
タ21で仕事をした作動油は同じ経路をたどつて
二槽目のオイルタンク16bに戻る。そして、フ
イルタ29を経て再び一槽目のオイルタンク16
aに流入する。この戻り配管の途中には目づまり
検知器及び目づまり時のバイパス回路のついたラ
インフイルタ22、油温の高くなつた時にだけ作
動するようにしたオイルクーラ23がついてい
る。油圧ポンプ19は電動レギユレータ24によ
り吐出量を可変できるようになつている。また吐
出圧の圧力設定はリリーフ弁25によつて行われ
る。油圧モータ21のドレーン油はドレーン配管
26を通り、途中目づまり検知器及び目づまり時
のバイパス回路のついたラインフイルタ27、シ
ーケンス弁28を経て三槽目のオイルタンク16
cへ流入する。三槽目のオイルタンク16cをオ
ーバーフローした作動油は一槽目のオイルタンク
16aへ流れ込むようになつている。二槽目のオ
イルタンク16bと三槽目のオイルタンク16c
のそれぞれの一槽目のオイルタンク16aへの流
入の仕方が違うのは、各作動油の流入量の違いに
よる。すなわち三槽目のオイルタンク16cへの
ドレーン油量は油圧ポンプ19の吐出量の2〜5
%程度であるのに対し二槽目のオイルタンク16
bへの戻り油量は油圧ポンプ19の吐出量の95〜
98%程度と非常に大きいため、もし油の中に泥水
が混入していた場合オイルタンク16b内に沈澱
せずに一槽目のオイルタンク16aに流れ込む恐
れがあり、この点を考慮したことによる。オイル
タンク16b,16cにそれぞれ取り付けられた
静電容量式の泥水混入感知器30,31は、タン
ク内に泥水が混入した際、作動油の静電容量と泥
水が混入した際の静電容量の変化を検出して、油
圧ポンプの駆動を停止させるものである。同様に
ラインフイルタ22,27が目づまりをおこした
場合も電気的に検出し、警報を鳴らすようになつ
ている。これは掘削孔内が泥水によつて満たされ
ていることから掘削孔内部の配管や、水中軸封装
置が大きく破損し泥水が混入した場合にいち早く
現象をキヤツチし大事に至る前に対策を施すこと
ができるようにしたものである。
Next, the drive system of the submersible pump unit 7 will be explained with reference to FIG. The oil tank 16 of the hydraulic pump unit 11 installed on the ground is divided into two tanks, and hydraulic oil is supplied from the first tank 16a through a film 17 by a hydraulic pump 19 driven by an electric motor 18. It gets sucked up.
Then, by tilting the control valve 20 from the illustrated neutral state to the "hydraulic motor forward rotation" side, the hydraulic fluid is guided to the piping that rotates the hydraulic motor 21 in the forward direction, and the hydraulic fluid is guided to the piping that rotates the hydraulic motor 21 in the forward direction. From the port, the flow passes through the internal conduit to the internal conduit on the rotation side located in the center, and flows through the swivel joint 9.
It is guided to the Kerry bar 3 through the internal conduit on the rotating side. Here, even if the drill string rotates, there is no flow from the hydraulic pump unit 11 to the rotary joint 1.
The rotary joint 10 is provided with a rotation stopper 10a on the fixed side to prevent the hydraulic hose from turning around. The water is then guided from the kelly bar 3 to the hydraulic motor 21 of the submersible pump unit 7 via the external piping of the drill pipe 4, crossover sub 5, and stabilizer 6. The hydraulic oil that has been worked by the hydraulic motor 21 then returns to the second oil tank 16b along the same route. Then, it passes through the filter 29 and returns to the first oil tank 16.
flows into a. A line filter 22 equipped with a clogging detector and a bypass circuit in case of clogging, and an oil cooler 23 which is activated only when the oil temperature rises are installed in the middle of this return piping. The hydraulic pump 19 is configured such that its discharge amount can be varied by an electric regulator 24. Further, the pressure setting of the discharge pressure is performed by the relief valve 25. Drain oil from the hydraulic motor 21 passes through a drain pipe 26, passes through a line filter 27 with a clogging detector and a bypass circuit in case of clogging, and a sequence valve 28 before reaching the third oil tank 16.
flows into c. The hydraulic oil overflowing from the third oil tank 16c flows into the first oil tank 16a. Second oil tank 16b and third oil tank 16c
The reason why the manner in which the hydraulic oil flows into the first oil tank 16a is different is due to the difference in the amount of each hydraulic fluid flowing into the first oil tank 16a. In other words, the drain oil amount to the third oil tank 16c is 2 to 5 times the discharge amount of the hydraulic pump 19.
%, whereas the second oil tank is about 16%.
The amount of oil returned to b is 95 to 95% of the discharge amount of the hydraulic pump 19.
This is a very large amount of about 98%, so if muddy water is mixed in the oil, it may flow into the first oil tank 16a without settling in the oil tank 16b, and this point was taken into consideration. . Capacitance-type muddy water mixing detectors 30 and 31 attached to the oil tanks 16b and 16c, respectively, detect the capacitance of the hydraulic oil and the capacitance when muddy water is mixed into the tank. It detects the change and stops driving the hydraulic pump. Similarly, if the line filters 22, 27 become clogged, it is detected electrically and an alarm is sounded. This is because the inside of the borehole is filled with muddy water, so if the piping inside the borehole or the underwater shaft sealing device is severely damaged and muddy water gets mixed in, it is important to catch the problem as soon as possible and take measures before it becomes a serious problem. It has been made possible to do so.

また各ドリルパイプ4には前記の如く外部配管
がなされているが、各ドリルパイプを接続した
際、この外部配管同志をセルフシールジヨイント
32,33で接続する。
Further, each drill pipe 4 is provided with external piping as described above, and when each drill pipe is connected, these external pipings are connected by self-sealing joints 32 and 33.

なお、コントロールバルブ20を中立状態から
「油圧モータ逆転」側へ倒した場合には、油圧ポ
ンプユニツト11のコントロールバルブ20を出
たところの配管が、正転の場合に対し「行き」と
「戻り」が逆になる。
In addition, when the control valve 20 is moved from the neutral state to the "hydraulic motor reverse rotation" side, the piping exiting the control valve 20 of the hydraulic pump unit 11 is changed to "forward" and "return" compared to the case of normal rotation. ' is reversed.

次に第2図に基づき水中ポンプユニツト7の構
成を具体的に説明する。
Next, the configuration of the submersible pump unit 7 will be specifically explained based on FIG.

水中ポンプユニツト7はビツト8の直上に取付
けられており、掘削された土砂のかたまりがポン
プ内でつまることのないように、ポンプ吸込口径
と吐出口径が同じになつている。ポンプは遠心ポ
ンプで、ケーシング36内のインペラ37をシヤ
フト38を介して油圧モータ21で駆動するもの
である。シヤフト38は油圧モータ21のシヤフ
トとチエーンカツプリング39で連結されてい
る。そしてシヤフト38はハウジング40に取付
けられたベアリング41とハウジング42に取付
けられたベアリング43とでサポートされてい
る。油圧モータ21とハウジング40との間には
ケース44があり、それらとはOリング45,4
6とによつてシールされた形でボルトで接続され
ている。ケース44には左右にチエーンカツプリ
ング39を取付けるためのフタ47がOリングを
介してボルトによつて取付けられている。油圧モ
ータ21のシヤフトにはシールが設けられていな
いため、ドレーン油がケース44に流れ込むよう
になつている。ハウジング40の上部には複数個
の貫通孔49があいており、ケース44、ハウジ
ング40の中の被軸封部空間Cに満たされたドレ
ーン油が容易に循環できるようになつている。ハ
ウジング40の底には中に満たされた油を抜くこ
とができるように排出口(図示していない)が設
けられている。ハウジング40とハウジング42
との間はOリング50をはさんでボルトによつて
接続されている。ハウジング42によつて形成さ
れた空間Aの上部にはエア抜きの穴51がついて
おり、プラグ52で塞がれている。ベアリング4
3の下部には、シヤフト38にキー53で一体を
なつて回転するスリーブ54とハウジング42と
の間に上部回転シール55と下部回転軸シール5
6が取付けられている。そして上部回転軸シール
55と下部回転軸シール56との間の空間はハウ
ジング42の空間Aと通じている。このハウジン
グ42にはジヤバラ式均圧器57がカバー58と
共に掘削孔内に露出して取付けられている。カバ
ー58の内径はジヤバラ式均圧器57が最も加圧
された時の外径と僅かな隙間を要してほぼ等し
い。従つてジヤバラ式均圧器57の伸縮に際して
はカバー58の内径部分がガイドする形になるた
め、横方向に取付けることができる。またジヤバ
ラ式均圧器57のジヤバラは渦巻形状ではなくそ
れぞれのリングの集合体によつて形成されている
点と、カバー58の下部に排出口58aが複数個
あいているため、泥がジヤバラ部に付着しにく
く、かつ排出が容易であるためジヤバラの伸縮に
支障をきたしにくい構造になつている。これはハ
ウジング42の空間Aに満たされた作動油の熱に
よる膨張や、空間Aの内圧と外圧とがバランスす
る上で伸縮をスムーズにする必要がある。そして
ジヤバラの伸縮量に対し余裕をもつてカバー58
の長さが決められている。ハウジング42の空間
Aの底部には排出口があいておりプラグ59でふ
さがれている。
The submersible pump unit 7 is installed directly above the bit 8, and the pump suction port diameter and discharge port diameter are the same so that the excavated earth and sand will not clog the pump. The pump is a centrifugal pump, and an impeller 37 inside a casing 36 is driven by a hydraulic motor 21 via a shaft 38. The shaft 38 is connected to the shaft of the hydraulic motor 21 by a chain coupling 39. The shaft 38 is supported by a bearing 41 attached to a housing 40 and a bearing 43 attached to a housing 42. There is a case 44 between the hydraulic motor 21 and the housing 40, and they are separated by O-rings 45, 4.
6 and are bolted together in a sealed manner. Covers 47 for attaching chain coupling rings 39 to the left and right sides of the case 44 are attached by bolts via O-rings. Since the shaft of the hydraulic motor 21 is not provided with a seal, drain oil flows into the case 44. A plurality of through holes 49 are formed in the upper part of the housing 40 so that the drain oil filled in the shaft-sealed space C in the case 44 and the housing 40 can easily circulate therein. A discharge port (not shown) is provided at the bottom of the housing 40 so that oil filled therein can be drained. Housing 40 and housing 42
They are connected by bolts with an O-ring 50 in between. An air vent hole 51 is provided at the upper part of the space A formed by the housing 42, and the hole 51 is closed with a plug 52. bearing 4
3, an upper rotary seal 55 and a lower rotary shaft seal 5 are provided between the housing 42 and the sleeve 54 which rotates integrally with the shaft 38 by a key 53.
6 is installed. The space between the upper rotary shaft seal 55 and the lower rotary shaft seal 56 communicates with the space A of the housing 42. A bellows type pressure equalizer 57 and a cover 58 are attached to the housing 42 so as to be exposed inside the excavation hole. The inner diameter of the cover 58 is approximately equal to the outer diameter of the bellows type pressure equalizer 57 when it is pressurized to its maximum level, with a slight gap. Therefore, when the bellows type pressure equalizer 57 expands and contracts, the inner diameter portion of the cover 58 guides it, so that it can be installed laterally. In addition, the bellows of the bellows type pressure equalizer 57 are not spiral-shaped but are formed by a collection of rings, and the lower part of the cover 58 has a plurality of discharge ports 58a, so that mud does not flow into the bellows part. It has a structure that does not easily interfere with the expansion and contraction of the bellows because it is difficult to adhere to and is easy to discharge. This is necessary to ensure smooth expansion and contraction due to the thermal expansion of the hydraulic oil filled in the space A of the housing 42 and the balance between the internal pressure and external pressure of the space A. Then cover 58 with a margin for the amount of expansion and contraction of the bellows.
The length of is determined. A discharge port is provided at the bottom of the space A of the housing 42 and is closed with a plug 59.

また、インペラ37には薄い裏羽根37a,3
7bがついている。これはインペラ37の裏側の
圧力を下げるねらいで取付けられたものである。
インペラ37はシヤフト38とキー60を介して
一体に回転するように挿嵌されており、インペラ
ナツト61によつて抜け止めされている。またケ
ーシング36と連結されたハウジング42にはプ
レート62が取付けられており、そのプレート6
2とインペラ37とでラビリンスシール62aを
形成している。これにより大きな流動物がインペ
ラ37のボス部とハウジング42との間に形成さ
れる空間Bに浸入するのを防止することができ
る。またこの空間Bに向けられてハウジング42
に固定羽根42aが設けられている。これはイン
ペラ37の裏羽根37aを通じて流入した土砂
が、この空間Bで渦をまくことによつて生じる空
間Bの周囲の摩耗を防ぐ目的で取付けられたもの
である。しかし下部回転軸シール56を冷均させ
ることも必要なため、外部へ通じる貫通穴63を
あけて、裏羽根37aからの揚液を導いている。
これは通常土建用水中ポンプの全揚程は約10〜
20mであるため、ケーシング36の内圧は外圧よ
り1〜2Kg/cm2常に高い圧力になつており、裏羽
根37a及びラビリンス62aの効果があつたと
しても、空間Bの圧力は0.3〜1.3Kg/cm2程度外圧
より高いので、貫通穴63を経て揚液が循環する
ようにしたものである。
The impeller 37 also has thin back blades 37a, 3.
7b is attached. This was installed with the aim of reducing the pressure on the back side of the impeller 37.
The impeller 37 is fitted into the shaft 38 via a key 60 so as to rotate together, and is prevented from coming off by an impeller nut 61. Further, a plate 62 is attached to the housing 42 connected to the casing 36.
2 and the impeller 37 form a labyrinth seal 62a. This can prevent large fluids from entering the space B formed between the boss portion of the impeller 37 and the housing 42. Also, the housing 42 is directed toward this space B.
A fixed blade 42a is provided at . This is installed for the purpose of preventing wear around the space B caused by the earth and sand flowing in through the back blade 37a of the impeller 37 swirling in the space B. However, since it is also necessary to cool down the lower rotary shaft seal 56, a through hole 63 leading to the outside is opened to guide the pumped liquid from the back blade 37a.
This means that the total head of submersible pumps for construction is usually about 10~
20 m, the internal pressure of the casing 36 is always 1 to 2 kg/ cm2 higher than the external pressure, and even if the back blade 37a and labyrinth 62a are effective, the pressure in space B is 0.3 to 1.3 kg/cm2. Since the pressure is higher than the external pressure by about cm2 , the pumped liquid is circulated through the through hole 63.

本発明は上記のように構成されているので、第
2図に示す空間Aはジヤバラ式均圧器57によつ
て外圧とほぼ等しい圧力になつているため、下部
回転軸シール56にとつてシール圧力は0.3〜1.3
Kg/cm2ということになる。従つてこの部分のシー
ルに洩れが発生した場合には揚液は空間Aに流入
する。このためジヤバラ式均圧器57が次第にふ
くらみ、最終的にはジヤバラの形状もくずれてカ
バー58の内壁にピツタリとはりつくことにな
る。しかし上部回転軸シール55が破損していな
ければ被回転軸封部にトラブルを発生させる恐れ
はない。そして1本の掘削孔を掘り終つた段階で
地上に引き上げるので、この時にジヤバラ式均圧
器57を点検すれば異常を発見することができ
る。また上部回転軸シール55のシール圧を考え
てみる。もし特公昭52−9921号公報で開示された
ように作動油のヘツド圧で考えるとするなら、シ
ール圧は泥水の比重1.1、作動油の比重0.85の比
重差で考えればよいから、100mの深さにおいて
は2.5Kg/cm2のシール圧となる。しかし、作動油
のドレーン圧、つまり軸封部空間Cの圧力を空間
Aの圧力より高くすることが本発明のねらいであ
ることから、100mの深さでかつ空間Aに揚液が
空間Bより流れ込んだ最悪の状態を考えるならド
レーン圧を2.8〜3.8Kg/cm2に高くすればよいわけ
である。ドレーン油は前記したように油圧ポンプ
吐出量の2〜5%オイルタンクへ戻るのである。
従つて水中ポンプのように作業中常時ほぼ一定回
転でまわつているものはドレーン油量もほぼ一定
であり、これから容易に配管抵抗が求まるので、
配管サイズを任意に選定すればドレーン圧も決め
られることからドレーン圧の設定は容易である
が、これも含めて、掘削ビツトのように土質によ
つて回転数が異なるようなものに本回転軸シール
機構を用いる場合は、最低の吐出量でのドレーン
油量を考慮し、この時の油量による配管抵抗がこ
れを上廻るように途中の回路26に可変絞り等の
オリフイスを設ける方法(図示しない)や第3図
で示したように途中の回路26にシーケンス弁2
8を設け、これの圧力を2.8〜3.8Kg/cm2に設定す
ることにより、流量の大小にかかわらず、ハウジ
ング40,42内の最小作動油圧を2.8〜3.8Kg/
cm2にすることができる。もちろんこの値は掘削深
さや水中ポンプの能力を仮定した場合の値である
ことはいうまでもない。
Since the present invention is configured as described above, the pressure in the space A shown in FIG. is 0.3~1.3
This means Kg/cm 2 . Therefore, if a leak occurs in the seal in this part, the pumped liquid will flow into the space A. For this reason, the bellows type pressure equalizer 57 gradually swells, and eventually the shape of the bellows collapses and it tightly sticks to the inner wall of the cover 58. However, if the upper rotating shaft seal 55 is not damaged, there is no risk of trouble occurring in the rotating shaft sealing section. After one excavation hole has been dug, it is lifted to the ground, so if the bellows type pressure equalizer 57 is inspected at this time, abnormalities can be discovered. Also, consider the sealing pressure of the upper rotary shaft seal 55. If we consider the head pressure of the hydraulic oil as disclosed in Japanese Patent Publication No. 52-9921, the seal pressure can be considered as the difference in specific gravity between the specific gravity of muddy water, 1.1, and the specific gravity of hydraulic oil, 0.85. The sealing pressure is 2.5Kg/cm 2 . However, since the aim of the present invention is to make the drain pressure of the hydraulic oil, that is, the pressure in the shaft seal space C, higher than the pressure in space A, the pumped liquid in space A is higher than that in space B at a depth of 100 m. Considering the worst case scenario, the drain pressure should be increased to 2.8 to 3.8 kg/cm 2 . As mentioned above, the drain oil returns to the oil tank in an amount of 2 to 5% of the discharge amount of the hydraulic pump.
Therefore, in the case of a submersible pump that rotates at a nearly constant rotation rate during operation, the amount of drain oil is also almost constant, and from this it is easy to determine the piping resistance.
Setting the drain pressure is easy because the drain pressure can be determined by arbitrarily selecting the pipe size. When using a seal mechanism, consider the amount of drain oil at the lowest discharge amount, and install an orifice such as a variable restrictor in the circuit 26 in the middle so that the piping resistance due to the amount of oil at this time exceeds this (as shown in the figure). ) or the sequence valve 2 is installed in the intermediate circuit 26 as shown in Figure 3.
8 and setting its pressure to 2.8 to 3.8 Kg/cm 2 , the minimum working oil pressure inside the housings 40 and 42 can be set to 2.8 to 3.8 Kg/cm 2 regardless of the flow rate.
Can be made into cm2 . Needless to say, this value is based on the assumption of excavation depth and submersible pump capacity.

また別の方法として掘削深度が深くなるにつ
れ、ドリルパイプ4を継ぎ足していかねばならな
い点を利用し、これの接続毎に配管も継ぎ足すよ
うにして、この継ぎ足しに、第3図で示したセル
フシールジヨイント33を使用すればよい。この
ような方法でセルフシールジヨイント33を圧損
を考えたサイズのものを選定し掘削深さが増すに
つれ、油と泥水の比重差による圧力差が増すの
で、この増分をセルフシールジヨイント33の圧
損で補うようにすれば掘削深度が変つてもシール
圧をほぼ一定に保つことができる。また、ドレー
ン油量が少なくて所望の圧力損失の得られない場
合は、油圧モータ21からの戻り配管の途中を分
岐し、必要な油量をドレーン配管へ流すようにし
てもよい。
Another method is to take advantage of the fact that drill pipes 4 must be added as the excavation depth becomes deeper, and pipes are added each time they are connected. A seal joint 33 may be used. In this way, the size of the self-sealing joint 33 is selected in consideration of pressure loss, and as the excavation depth increases, the pressure difference due to the difference in specific gravity of oil and mud increases, so this increment is By compensating for the pressure loss, the seal pressure can be kept almost constant even if the excavation depth changes. Furthermore, if the desired pressure loss cannot be obtained due to a small amount of drain oil, the return piping from the hydraulic motor 21 may be branched in the middle to allow the required amount of oil to flow to the drain piping.

上記したように、油圧モータ21のドレーン排
出口からオイルタンク16cに亘るドレーン配管
26の任意の箇所に、可変絞り等のオリフイス、
シーケンス弁28、圧損を考えたセルフシールジ
ヨイント33、等の圧力負荷手段を用いれば、被
軸封部空間C内の圧力を常に外圧より高い値に設
定することができる。
As described above, an orifice such as a variable restrictor,
By using pressure loading means such as the sequence valve 28 and the self-sealing joint 33 that takes pressure loss into account, the pressure within the shaft-sealed space C can always be set to a higher value than the external pressure.

なお、これらのシール圧は回転中について考慮
したが、通常シールは静止中より回転や摺動中に
おいて苛酷であり、静止中においてはかなりのシ
ール圧までもつものであつても、回転や摺動させ
た場合には僅かなシール圧でももたないことがあ
ると考えるのが一般概念である。従つて特に問題
となる回転や摺動時の軸シールについて本発明を
適用することにより、最良の効果を得ることがで
きる。
These seal pressures were taken into consideration during rotation, but seals are usually more severe during rotation or sliding than when they are stationary, and even if seals have a considerable seal pressure when stationary, they are more severe during rotation or sliding. The general concept is that even a small amount of sealing pressure may not last if the sealing pressure is increased. Therefore, the best effects can be obtained by applying the present invention to shaft seals during rotation and sliding, which are particularly problematic.

以上述べたように、本発明の水中軸封装置によ
れば、油圧モータのドレーン油を被軸封部に満た
し、ここでの圧力が軸シールを介した外圧より掘
削深度が大きくなつても常に高くなるように、ド
レーン配管の途中に圧力負荷手段を設けると共
に、前記軸シールを上下2段に配設し、その上下
シール間に作動油等の液体を封入した空間室を形
成し、その空間室内の内圧と外圧とをバランスさ
せる均圧器を取付けたので、僅かの洩れを避ける
ことのできないメカニカルシールを使用した場合
や、使用中にシールが寿命等で破損した場合僅か
の隙間が生じるだけであることからかならず被軸
封部に満たされた作動油が外部へ洩れることはあ
つても、外部から被軸封部に泥水が入り込むこと
はないので、ベアリングや油圧モータ等にトラブ
ルが発生するのを完全に回避することができる。
このため別途ポンプ等を設け、圧力媒体を被軸封
部に送り込んで循環させるような手段を設けなく
ても、常に内圧を外圧より高くすることができる
ので、高いシール性能を必要としない。また外圧
と直接接するシールに洩れが生じても、直ちにベ
アリング等の被軸封体のある油圧ドレーンに満た
された液室に被害が及ぶのを防止することができ
る。
As described above, according to the underwater shaft sealing device of the present invention, the drain oil of the hydraulic motor is filled in the shafted sealed part, and even if the pressure here is greater than the external pressure through the shaft seal, the depth of excavation is always greater. A pressure loading means is provided in the middle of the drain piping so that the height is increased, and the shaft seals are arranged in two stages, upper and lower, and a space chamber filled with a liquid such as hydraulic oil is formed between the upper and lower seals. A pressure equalizer is installed to balance the internal and external pressures in the room, so if a mechanical seal is used that cannot avoid slight leakage, or if the seal breaks due to its lifespan during use, only a small gap will be created. Although the hydraulic oil filled in the sealed part will inevitably leak to the outside, muddy water will never enter the sealed part from the outside, which will prevent problems from occurring with bearings, hydraulic motors, etc. can be completely avoided.
Therefore, the internal pressure can always be made higher than the external pressure without providing a separate pump or other means for feeding and circulating the pressure medium into the shaft-sealed part, so high sealing performance is not required. Furthermore, even if a leak occurs in a seal that is in direct contact with external pressure, it is possible to prevent immediate damage to the liquid chamber filled in the hydraulic drain where the sealed body such as the bearing is located.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の水中軸封装置を用いた一実施
例である竪孔掘削機の全体側面図、第2図は第1
図で示した水中ポンプユニツトの拡大断面図、第
3図は水中ポンプユニツトの駆動及び、本発明の
軸封装置の原理を説明するための油圧回路図であ
る。 7…水中ポンプユニツト、8…ビツト、21…
油圧モータ、26…ドレーン配管、28…シーケ
ンス弁、33…セルフシールジヨイント、36…
ケーシング、37…インペラ、38…シヤフト、
40,42…ハウジング、44…ケース、49…
貫通穴、54…スリーブ、55…上部回転軸シー
ル、56…下部回転軸シール、57…ジヤバラ式
均圧器、58…カバー、A…ハウジング42の空
間、B…インペラ37とハウジング42との間に
形成される空間、C…被軸封部空間。
FIG. 1 is an overall side view of a pit excavator that is an embodiment of the underwater shaft sealing device of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the submersible pump unit shown in the figure, and is a hydraulic circuit diagram for explaining the drive of the submersible pump unit and the principle of the shaft sealing device of the present invention. 7... Submersible pump unit, 8... Bit, 21...
Hydraulic motor, 26...Drain piping, 28...Sequence valve, 33...Self seal joint, 36...
Casing, 37... Impeller, 38... Shaft,
40, 42...housing, 44...case, 49...
Through hole, 54... Sleeve, 55... Upper rotating shaft seal, 56... Lower rotating shaft seal, 57... Bellows type pressure equalizer, 58... Cover, A... Space in housing 42, B... Between impeller 37 and housing 42 The space formed, C... shaft-sealed space.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 油圧モータによつて駆動される水中アクチユ
エータの軸シールを、上下2段に配設し、その上
下シール間に作動油等の液体を封入した空間室を
形成すると共に、その空間室内の内圧と外圧とが
常にバランスする均圧器を取付け、前記上部シー
ルの上側に設けた被軸封部空間に、前記油圧モー
タのドレーン油を流入充満させると共に、オイル
タンクへのドレーン配管の途中に、掘削深度が変
つても常に被軸封部空間の内圧が外圧より高くな
るような圧力負荷手段を設けたことを特徴とする
水中軸封装置。
1 The shaft seals of the submersible actuator driven by a hydraulic motor are arranged in two stages, upper and lower, and a space chamber filled with a liquid such as hydraulic oil is formed between the upper and lower seals, and the internal pressure within the space chamber is A pressure equalizer is installed so that the external pressure is always balanced, and the drain oil of the hydraulic motor flows into and fills the shaft-sealed space provided above the upper seal. 1. An underwater shaft sealing device characterized in that a pressure loading means is provided so that the internal pressure of the shaft-sealed space is always higher than the external pressure even if the pressure changes.
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