JPS6235743Y2 - - Google Patents

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JPS6235743Y2
JPS6235743Y2 JP16235082U JP16235082U JPS6235743Y2 JP S6235743 Y2 JPS6235743 Y2 JP S6235743Y2 JP 16235082 U JP16235082 U JP 16235082U JP 16235082 U JP16235082 U JP 16235082U JP S6235743 Y2 JPS6235743 Y2 JP S6235743Y2
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Japan
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pressure
oil
shaft
drain
hydraulic
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、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、掘削の進歩に伴つて掘削
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 are attached directly above the drilling bit and move deeper underground with the drilling bit as the 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,
The aim is to make it possible to pump water when the excavation depth becomes deeper. 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50−155005、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 No. 50-155005, JP-A No. 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
しての油圧を利用し、油圧モータのドレーン油を
途中から分岐して回転軸封室に導き、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 a rotational drive source without feeding this pressure medium separately, the drain oil of the hydraulic motor is branched from the middle and guided to the rotating shaft sealing chamber, and the head pressure up to the oil tank on the ground is applied to the shaft sealing chamber. In this way, the difference in internal and external pressure is limited to the difference in specific gravity between oil and muddy water outside, eliminating special pressure loading means and simplifying the mechanism for adjusting the difference in internal and external pressure.
No. 52-9921 is disclosed.

この装置は、掘削機におけるカツタを回転軸動
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。しかし乍ら、作動油の
比重は泥水の比重より低いので、軸封部にかゝる
内外圧力には前記比重差に基づく圧力差が必らず
生じ、特にその圧力差は深度が増すにつれて増加
するので、軸封室にかゝる内圧は常に外圧より低
くなる。このため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、ベ
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. However, since the specific gravity of hydraulic oil is lower than the specific gravity of muddy water, there is inevitably a pressure difference between the inner and outer pressures of the shaft seal based on the difference in specific gravity, and in particular, this pressure difference increases as the depth increases. Therefore, the internal pressure in the shaft sealing chamber 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 inevitably occur from the high pressure side to the low pressure side, causing damage to the bearings, hydraulic motors, and even the ground. There are concerns that trouble may occur with hydraulic equipment.

本考案は、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 is 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 instead of as head pressure, the shaft can be sealed even when the excavation depth increases. An object of the present invention is to provide an underwater shaft seal device in which the internal pressure is always higher than the external pressure when the shaft seal part is rotating, so that although leakage may occur from the shaft seal part to the outside, the reverse does not occur. It is something.

以下本考案の一実施例を第1図ないし第3図に
従つて具体的に説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 3.

まず第1図は本考案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12で
スイベルトジヨイント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 excavator according to the present invention is in the middle of excavating a pit. 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 top of the Kelly bar 3, and a hydraulic rotary joint 10 is connected to the top of the swivel joint 9. Pressure is supplied from a hydraulic pump unit 11 installed on the ground through a hydraulic hose. The oil is led to the submersible pump unit 7. A suspension 9a is attached to the swivel joint 9, and a crane 12 is used to remove the bits 8 including the swivel joint 9.
The drill string is suspended up to. 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. By repeating this process, a pit 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からフイルタ
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から油圧ロータリジヨイン
ト10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16a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
時のパ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1
6c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16
c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1
6b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、警報を嗚らすようにな
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 filter 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, the rotary joint 10 is provided with a rotation stopper 10a on the fixed side so that the hydraulic hose from the hydraulic pump unit 11 to the hydraulic rotary joint 10 does not rotate even if the drill string rotates. And from Kerryba 3 to drill pipe 4, crossover sub 5,
It is led to the hydraulic motor 21 of the submersible pump unit 7 through the external piping of the 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 flows into the first oil tank 16a again. 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 an electric regulator 24
This allows the discharge amount to be varied. 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, and on the way there is a line filter 27 equipped with a clogging detector and a bypass circuit in case of clogging.
Third oil tank 1 via sequence valve 28
Flows into 6c. 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 16
The reason why the manner in which the hydraulic oil flows into the first oil tank 16a of each tank 16a is different is due to the difference in the amount of inflow of each hydraulic oil. In other words, the drain oil amount to the third oil tank 16c is 2 to 2 of the discharge amount of the hydraulic pump 19.
While it is about 5%, the second oil tank 1
The amount of oil returned to 6b is 95% of the discharge amount of the hydraulic pump 19.
This is a very large amount of ~98%, so if muddy water is mixed into the oil, there is a risk that it will flow into the first oil tank 16a without settling in the oil tank 16b, so this point has been taken into consideration. by. 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. Detect changes and
This stops the drive of 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、ポンプ吸込口経
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を取付けるための蓋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
間には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で塞がれていてる。ベアリング4
3の下部には、シヤフト38にキー53で一体と
なつて回転するスリーブ54とハウジング42と
の間に上部回転軸シール55と下部回転軸シール
56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の底部には排油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 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 to the case 44 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. The housing 40 and the housing 42 are connected to each other by bolts with an O-ring 50 interposed between them. 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 shaft seal 55 and a lower rotary shaft seal 56 are attached between the housing 42 and a sleeve 54 which rotates integrally with the shaft 38 by a key 53. 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. This housing 42 has a bellows type pressure equalizer 57 and a cover 58.
It is installed exposed inside the borehole. 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 can 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. An oil drain port is provided at the bottom of the space A of the housing 42 and is covered 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を冷却させ
ることも必要なため、外部で通じる貫通穴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10〜20
m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を径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 the lower rotary shaft seal 56, a through hole 63 communicating with the outside is opened to guide the pumped liquid from the back blade 37a.
This means that the total head of a submersible pump for construction is usually about 10 to 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 cm 2 , the pumped liquid is circulated through the through hole 63.

本考案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。
Since the present invention is constructed 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.

シール圧は泥水の比重1.1と作動油の比重0.85
と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、
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、前記の如く
空間Bの圧力は外圧より0.3〜1.3Kg/cm2程度高い
ので、ドレーン圧を2.8〜3.8Kg/cm2にすればよい
わけである。
Seal pressure is muddy water specific gravity 1.1 and hydraulic oil specific gravity 0.85
The sealing pressure is 2.5 kg/cm 2 at a depth of 100 m. but,
Considering the worst situation where the pumped liquid flows into space A from space B at a depth of 100 m, the pressure in space B is about 0.3 to 1.3 kg/cm 2 higher than the external pressure as described above, so the drain pressure should be set to 2.8 The amount should be ~3.8Kg/ cm2 .

本考案においては、前記の如く、油圧モータ2
1のドレーン油がケース44内および被軸封部空
間Cに充満されており、かつそのドレーン油がド
レーン配管26の途中に設けられたラインフイル
タ27あるいはシーケンス弁28などの管路抵抗
付加手段を介してタンクに戻すように構成してい
るので、被軸封部空間Cのドレーン圧力を容易に
前記の値に設定することができる。すなわち、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28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。
In the present invention, as described above, the hydraulic motor 2
1 is filled in the case 44 and the shaft-sealed space C, and the drain oil passes through pipe resistance adding means such as a line filter 27 or a sequence valve 28 provided in the middle of the drain pipe 26. Since the drain pressure in the shaft-sealed space C is configured to be returned to the tank through the shaft, the drain pressure in the shaft-sealed space C can be easily set to the above-mentioned value. In other words, 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.
Since the piping resistance can be easily determined from this, drain pressure can also be determined by arbitrarily selecting the piping size, so setting the drain pressure is easy. When using this rotary shaft sealing mechanism for a device where the oil pressure is different, consider the amount of drain oil at the lowest discharge amount, and adjust the circuit 26 in the middle so that the piping resistance due to the amount of oil at this time exceeds this amount. A method of providing an orifice such as a throttle (not shown) or a method of providing a sequence valve 28 in the intermediate circuit 26 as shown in FIG.
By setting this pressure to 2.8 to 3.8 Kg/ cm2 , the housing 40,
42 can be set to 2.8 to 3.8 Kg/cm 2 . Of course, this value is based on the assumption of the excavation depth and the capacity of the submersible pump.

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
ン油が少なくて所望の圧力損失が得られなくて被
軸封部空間Cの圧力が外圧より低くなる場合は、
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. In addition, if the pressure in the sealed space C becomes lower than the external pressure because the desired pressure loss cannot be obtained due to insufficient drain oil,
Branching off in the middle of the return piping from the hydraulic motor 21,
The required amount of oil may be allowed to flow into the drain pipe.

上記したように、油圧モータ21のドレーン排
口からオイルタンク16cに亘るドレーン配管2
6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、等の管路抵抗付加手段を用いれば、
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, the drain pipe 2 extends from the drain outlet of the hydraulic motor 21 to the oil tank 16c.
If a pipe resistance adding means such as an orifice such as a variable throttle, a sequence valve 28, a self-sealing joint 33 considering pressure loss, etc. is used at any point in 6,
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考案を適用す
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 when rotating or sliding than when they are stationary, and even if seals have a considerable seal pressure when they are stationary, they are more severe when rotating or sliding. The general concept is that even a small amount of sealing pressure may not last. 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、本考案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管路抵抗付加手段を設けたの
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
要求する必要もなく構造も簡単になる。従つて保
守も容易となり、かつ費用も安くてすむ効果があ
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, even if the excavation depth is greater, A means for adding resistance to the drain piping is installed in the middle of the drain piping to increase the height of the drain piping, so if a mechanical seal is used where slight leakage cannot be avoided, or if the seal is damaged due to its lifespan during use, a small gap will be prevented. Even if the hydraulic oil filled in the sealed part leaks to the outside, muddy water will never enter the sealed part from the outside, so there will be no trouble with bearings, hydraulic motors, etc. can be completely avoided from occurring. For this reason, the internal pressure can always be made higher than the external pressure without the need for a separate pump or other means to send and circulate the pressure medium into the sealed part, so there is no need to require high sealing performance. The structure is also simpler. Therefore, maintenance is easy and costs are low.

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

第1図は本考案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考案の軸
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、2
1……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 example of using 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 FIG. 3 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, 2
1...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 of housing 42, B...
...A space formed between the impeller 37 and the housing 42, C...A shaft-sealed space.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 油圧モータによつて駆動される水中アクチユエ
ータの軸シール上部に設けられた被軸封部空間に
前記油圧モータのドレーン油が流入充満するよう
に構成し、かつ該軸封部空間に充満されたドレー
ン油をドレーン配管およびその途中に設けた管路
抵抗付加手段を介してオイルタンクに戻すように
構成し、前記油圧モータの駆動時における被軸封
部空間の内圧を前記管路抵抗付加手段により外圧
より高くなるようにしたことを特徴とする水中軸
封装置。
A drain oil of the hydraulic motor is configured to flow into and fill a shaft-sealed space provided above a shaft seal of an underwater actuator driven by a hydraulic motor, and the shaft-sealed space is filled with the drain oil. The oil is returned to the oil tank through a drain pipe and a pipe resistance adding means provided in the middle thereof, and the internal pressure of the shaft-sealed space when the hydraulic motor is driven is reduced to the external pressure by the pipe resistance adding means. An underwater shaft sealing device characterized by having a higher height.
JP16235082U 1982-10-28 1982-10-28 Underwater shaft sealing device Granted JPS58111281U (en)

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