JPH0444939Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はグランドパツキンの軸封構造に係り、
特に被軸封機器の運転状態が変化するのに伴つ
て、グランドパツキンと回転部材との対応状態を
変動させ、すぐれたシール性の確保とシール部の
異常摩耗や焼付を防止するための技術に関する。

（従来の技術） 従来の一般的なグランドパツキンの軸封構造と
して、第５Ｂ図に示すものが知られている。図に
おいてＡは被軸封機器の一部に形成したパツキン
ボツクス、Ｂはネツクブツシユ、Ｄは複数のグラ
ンドパツキン、Ｅはパツキン押え、Ｆは回転軸を
示し、グランドパツキンＤはパツキンボツクスＡ
の奥部に装入したネツクブツシユＢとパツキンボ
ツクスＡの開口部に先端部を嵌入したパツキン押
えＥとで所定の締付圧によつて軸方向に挾着さ
れ、回転軸Ｆに対する接面圧力を確保して軸封し
ている。

ところで、前記グランドパツキンの軸封構造で
は、グランドパツキンＤと回転軸Ｆの接面部に流
体を若干導入し、この導入した流体に潤滑機能と
冷却機能をもたせて接面部の異常摩耗およびドラ
イ運転による焼付等を防止している。

しかし、このグランドパツキンの軸封構造を、
例えば立軸ポンプに適用した場合、立軸ポンプが
揚水運転（ウエツト運転）されているときには、
揚水をグランドパツキンＤと回転軸Ｆの接面部に
若干導入して、揚水に潤滑機能と冷却機能をもた
せることができるので、接面部の異常摩耗および
焼付等を防止できるけれども、立軸ポンプの起動
時から羽根車の揚水作用によつて残留空気の排気
を完了するまでの間、あるいは揚水運転中に水位
が立軸ポンプ固有の最低数位レベル以下に低下
し、その結果、真空破壊を生じた場合等のよう
に、気中運転（ドライ運転）されているときに
は、揚水を前記接面部に導入することができない
ので、潤滑機能と冷却機能が低下し、接面部に異
常摩耗が生じてシール性を低下させ、延いては焼
付が起こる欠点を有している。

そこで、前述の欠点を解消した軸封構造とし
て、第７図に示すものが提案されている。この軸
封構造は、複数のグランドパツキンＤの間にラン
タンリングＧを介在させ、パツキンボツクスＡに
形成した封液通路ａからランタンリングＧに封液
（例えば清水）を供給するように構成してある。
したがつて、グランドパツキンＤと回転軸Ｆの接
面部には常時封液を導入することができるので、
立軸ポンプの気中運転時でも潤滑機能と冷却機能
が発揮されるから、接面部の異常摩耗および焼付
等が防止され、すぐれたシール性を確保できる。

（考案が解決しようとする課題） しかし、前記第７図の軸封構造では、ランタン
リングＧに対して封液を外部から供給するための
高価な封液供給設備が必要であり、経済的にきわ
めて不利である。しかも、封液とて異物の混入し
ていない清水を使用することが要請されるから、
清水源の存在しない場所に設置される立軸ポンプ
に対して、この種の軸封構造を適用することがで
きない使用上の制約を受ける。

本考案はこのような事情に鑑みなされたもの
で、高価な設備費を必要とせず、簡単な構造によ
つて、被軸封機器の運転状態が変化するのに伴つ
て、グランドパツキンと回転部材（例えば回転軸
または回転軸に同時回転可能に外嵌されている軸
スリーブ）との対応状態を変化させ、すぐれたシ
ール性の確保とシール部の異常摩耗や焼付を防止
することができ、しかも被軸封機器の設置場所の
制約を回避することができるグランドパツキンの
軸封構造の提供を目的としている。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本考案は回転部材
に内接するグランドパツキンをパツキンボツクス
に装填し、前記回転部材の外周にグランドパツキ
ンとの外接を回避する周溝を凹設するとともに、
この回転部材を保有している被軸封機器の運転状
態の変化に伴う流体圧の変動に応動して、グラン
ドパツキンを前記回転部材に内接する接触位置と
周溝に対応する非接触位置に切換え変位させるよ
うに、前記パツキンボツクスをシールボツクスに
軸方向移動可能な状態で嵌合したものである。

（作用） 本考案によれば、流体圧が軸封部に負荷される
運転状態、即ち、立軸ポンプにおける揚水運転に
相当するウエツト運転状態では、パツキンボツク
スが一方向に軸移動して、グランドパツキンが回
転部材に内接する接触位置に保持され、シール性
を確保して密封流体の漏洩を防止するとともに、
接触状態を呈しているグランドパツキンと回転部
材の接面部に密封流体が若干導入され潤滑機能と
冷却機能を発揮する。

また、流体圧が軸封部に負荷されない運転状
態、つまり立軸ポンプにおける気中運転に相当す
るドライ運転状態では、パツキンボツクスが他方
向に復帰移動して、グランドパツキンが周溝に対
応する非接触位置に切換え変位され、グランドパ
ツキンの異常摩耗および回転部材に対する焼付を
防止する。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図は本考案の一実施例を示す縦断面図であ
り、図において１はパツキンボツクスで、例えば
立軸ポンプの揚水管（図示せず）の上端曲成部を
貫通して形成したシールボツクス２内に液密かつ
軸方向移動（図示例だは上下移動）可能に嵌合さ
れている。つまり、パツキンボツクス１とシール
ボツクス２の間にＯリング３を介在させて、両者
１，２間のシール性を確保した状態でパツキンボ
ツクス１がシールボツクス２に軸方向移動可能な
状態でに嵌合されている。

パツキンボツクス１には、その奥部に装入され
た潤滑リング４Ａと、開口部側に装入した潤滑リ
ング４Ｂによつて軸方向に挾着されるグランドパ
ツキン５が装填され、このグランドパツキン５に
回転部材６が挿通されている。

グランドパツキン５を挾着している潤滑リング
４Ａ，４Ｂそれぞれの挾着面４ａ，４ｂには、グ
ランドパツキン５を軸方向に変位させる１つの変
位部４ax，４bxが形成されている。即ち、潤滑
リング４Ａにおける挾着面４ａの変位部４axは、
挾着面４ａの一側部（図面左側部）と他側部（図
面右側部）を結ぶ前後両面（但し第１図には後面
のみを示している）のそれぞれに、軸方向下方に
変位して形成されており、潤滑リング４Ｂにおけ
る挾着面４ｂの変位部４bxは、前記変位部４ax
と同様に一側部と他側部を結ぶ前後両面のそれぞ
れに、軸方向下方に変位して形成されている。し
たがつて、グランドパツキン５は前述の変位部４
ax，４bxを備えた潤滑リング４Ａ，４Ｂの挾着
面４ａ，４ｂによつて挾着されることにより、変
位量に応じて軸方向に部分変位した状態になる。

回転部材６は、回転軸６Ａとこの回転軸６Ａに
同時回転可能かつ軸方向移動不能な状態で外嵌し
た軸スリーブ６Ｂとからなり、前記パツキンボツ
クス１が下限位置にあるとき、グランドパツキン
５および潤滑リング４Ａ，４Ｂが対応する軸スリ
ーブ６Ｂの外周位置に、グランドパツキン５との
外接を回避する周溝７が凹設されている。

パツキンボツクス１の開口部にはパツキン押え
８の下端部が嵌入され、図示されていない締付機
構（例えばボルト）によつて所定の締付圧でこれ
を下方に締付けている。その結果、グランドパツ
キン５が潤滑リング４Ａ，４Ｂに挾着されること
になる。また、パツキン押え８の上端フランジ部
８Ａを上方から貫通したガイドボルト９，９の下
端部がシールボツクス２のねじ孔２ａに螺合して
立設され、ボルト９，９それぞれの頭部とパツキ
ン押え８におけるフランジ部８Ａの上面の間にス
プリング１０を介設し、このスプリング１０のば
ね力によつてパツキン押え８、潤滑リング４Ｂ、
グランドパツキン５および潤滑リング４Ａを介し
てパツキンボツクス１を下方に付勢してこれを下
限位置に位置決めしている。

パツキンボツクス１の下端部最小内径Ｄ１は、
シールボツクス２の下端開口部２Ａの内径Ｄ２よ
りも小さく設定されている。したがつて、パツキ
ンボツクス１がその自重およびスプリング１０の
ばね力によつて下限位置に位置決めされた場合、
Ｄ１−Ｄ２に相当する径方向寸法をもつて環状の
受圧面１Ａがシールボツクス２の下端開口部２Ａ
の径内方に臨むことになる。

前記構成において、被軸封機器である立軸ポン
プが運転を開始して、回転部材６が回転し始めた
起動時から、回転軸６Ａの下端部に固着されてい
る羽根車（図示せず）の揚水作用によつて、ポン
プ内の残留空気の排出を完了し、揚水運転に切換
えられるまでの間は、気中運転（ドライ運転）が
なされ、流体圧（揚水の圧力）がパツキンボツク
ス１の環状の受圧面１Ａに負荷されないので、パ
ツキンボツクス１はその自重およびスプリング１
０のばね力によつて第１図の下限位置に位置決め
されている。即ち、グランドパツキン５が周溝７
に対応する非接触位置に位置決めされる。したが
つてパツキンボツクス５の異常摩耗や焼付を回避
することができる。

前記気中運転の継続によつて、立軸ポンプの運
転が揚水運転（ウエツト運転）に切換えられる
と、揚水の圧力がパツキンボツクス１の環状の受
圧面１Ａに負荷される。その結果、パツキンボツ
クス１はその自重およびスプリング１０のばね力
に抗して上方に少し浮上する。この時点から揚水
の圧力がパツキンボツクス１の下端全面に負荷さ
れることになり、パツキンボツクス１を上方へ急
速に軸移動させて、第２図に示すように、グラン
ドパツキン５が軸スリーブ６Ｂに内接する接触位
置に保持され、シール性を確保して揚水の漏洩を
防止するとともに、接触状態を呈しているグラン
ドパツキン５と軸スリーブ６Ｂの接面部に揚水が
若干導入されて潤滑機能と冷却機能を発揮する。

この場合、潤滑リング４Ａの内周面と軸スリー
ブ６Ｂの外周面とで形成されている環状の小さい
空隙１１は、左側部の上部が円周方向においてグ
ランドパツキン５の内周面における一部の領域
（斜線Ｘで示す）にオーバラツプする。そのため
に、空隙１１内の揚水は軸スリーブ６Ｂの回転に
ともなつて、前記Ｘで示す領域に強制的に送り込
まれることになり、接面部の潤滑機能と冷却機能
を一層向上させる。

また、潤滑リング４Ｂの内周面と軸スリーブ６
Ｂの外周面とで形成されている小さい空隙１２は
右側部の下部が円周方向においてグランドパツキ
ン５の内周面における一部の領域（斜線Ｙで示
す）にオーバラツプする。したがつて、潤滑リン
グ４Ａ側からグランドパツキン５と軸スリーブ６
Ｂの接面部を通つて前記空隙１２に洩出した揚水
は、軸スリーブ６Ｂの回転にともなつて前記Ｙで
示す領域に強制的に送り込まれ、この部分の潤滑
と冷却を有効に行う。

前記揚水運転の継続によつて、水位が立軸ポン
プ固有の最低水位レベル以下に低下して自然発生
的に真空破壊を生じた場合、あるいは何らかの理
由によつて作為的に真空破壊させることにより、
運転状態が気中運転に切換えられると、パツキン
ボツクス１の下面に対する揚水の負荷は解除され
る。したがつて、パツキンボツクス１はその自重
およびスプリング１０のばね力によつて、第２図
の上限位置から第１図に示す下限位置に復帰移動
して軸スリーブ６Ｂの周溝７がグランドパツキン
５に対応する非接触位置に位置決めされることに
なり、気中運転によるグランドパツキン５の異常
摩耗や焼付を回避する。

前記実施例では、揚水運転時においてグランド
パツキン１に正圧が負荷される立軸ポンプに適用
可能な軸封構造として説明しているが、揚水運転
時においてパツキンボツクス１に負圧が負荷され
る例えば横軸ポンプのような被軸封機器に適用す
る場合は、前述のスプリング１０（押しばね）を
省略し、該スプリング１０の反対方向にばね力を
付勢できる引きばね（図示せず）を使用して、流
体の無負荷時においてパツキンボツクス１をシー
ルボツクス２の外端側に寄せた位置（前記実施例
の第２図に相当する）に保持するとともに、この
位置でグランドパツキン５に軸スリーブ６Ｂの周
溝７を対応させるように構成すればよい。

尚、前記各実施例において、軸スリーブ６Ｂを
省略し、回転部材６を回転軸６Ａのみで構成する
とともに、この回転軸６Ａの外周面に周溝７を凹
設しても、前記実施例と同様の作用効果を奏す
る。また、潤滑リング４Ａ，４Ｂそれぞれの挾着
面４ａ，４ｂに、グランドパツキン５を軸方向に
変位させる変位部４ax，４bxを形成して説明し
ているが、第３Ａ図および第３Ｂ図に示すよう
に、板状の潤滑リング４Ａ，４Ｂを使用して、そ
の挾着面４ａ，４ｂにグランドパツキン５を軸方
向に変位させる複数（例えば４つ）の変位部４
ax，４bxをプレス加工によつて形成した構成、
あるいは第４Ａ図及び第４Ｂ図に示すように、潤
滑リング４Ａとパツキン押え８それぞれの挾着面
４ａ，８ａを軸線に対して直角に交差して水平に
形成するとともに、該挾着面４ａ，８ａにはグラ
ンドパツキン５を軸方向内方に変位させる複数
（例えば４つ）の突片状の変位部４ax，８axを形
成した構成としてもよい。

このように、グランドパツキン５を軸方向に変
位させることで、揚水運転時において、グランド
パツキン５が変位されずに回転部材６と接触して
いる接面部に揚水を強制的に送り込んで、接面部
の潤滑機能と冷却機能を高めることができるけれ
ども、本考案は、グランドパツキン５を軸方向に
変位させずに、回転部材６の軸線に対して一様か
つ直角に交差させてパツキンボツクス１に装填し
ても、接面部への揚水の送り込み量が若干低下す
るだけであり、気中運転時にはグランドパツキン
５を周溝７に対応させる非接触位置に保有し、ま
た揚水運転時にはグランドパツキン５を回転部材
６に内接する接触位置に切換え変位させるように
構成することで、第１実施例と同様の作用効果を
奏するものである。

さらに、パツキンボツクス１を流体圧によつて
スプリング１０に抗して軸移動させるように構成
して説明しているけれども、シリンダ装置または
その他の昇降機構を使用して、スプリング１０に
抗して軸移動させるように構成してもよい。

（実施例） 立軸ポンプにおける回転軸の軸封構造として、
第５Ａ図に示す本考案品と、第５Ｂ図に示す従来
品との起動・停止回数に対する流体漏洩量の測定
結果を第６図のグラフに示す。

また、テスト条件は、 試料グランドパツキン 炭化繊維テフロンパツキン グランドパツキンサイズ 内径45mm×外径67×11mm□ 本考案品の場合、変位量Ｘは５mmとした。

流体 工業用水 圧力０Kg／cm²・６Kg／cm²（圧力モードは１運
転サイクル70min中、０Kg／cm²を1min、６
Kg／cm²を69minとする） 回転数4000R・Ｐ・Ｍ（Ｖ＝9.4m／Ｓ）とす
る。

回転軸外径45mm パツキンボツクス内径67mm 第６図のグラフにおいて実線で示されるよう
に、本考案に係るグランドパツキンの軸封構造で
は、すぐれた潤滑機能と冷却機能を発揮するのに
必要な漏れ量を確保することができる。

これに対して、仮想線で示すように、従来のグ
ランドパツキンの軸封構造では、所期の起動・停
止回数領域で過剰であつた漏れ量が漸減したの
ち、再び漸増して過剰に漏洩するようになつた。
このことは流体圧が０Kg／cm²である時にもグラン
ドパツキンが回転軸に摺接するため、接面部に異
常摩耗を生じたことが原因であるといえる。

（考案の効果） 以上説明したように本考案によれば、回転部材
の外周に、パツキンボツクスに装填されているグ
ランドパツキンとの外接を回避する周溝を凹設
し、回転部材を保有している被軸封機器の運転状
態の変化に伴う流体圧の変動に応動して、グラン
ドパツキンを前記回転部材に内接する接触位置と
周溝に対応する非接触位置に切換え変位させるよ
うに、前記パツキンボツクスをシールボツクスに
軸移動可能に嵌合した構成としているから、流体
圧が軸封部に負荷されるウエツト運転状態では、
グランドパツキンを回転部材に内接する接触位置
に保持してシール性を確保し、密封流体の漏洩れ
を防止するとともに、グランドパツキンと回転部
材の接面部に密封流体を若干導入して潤滑機能と
冷却機能を発揮することができる。

また、流体圧が軸封部に負荷されないドライ運
転状態では、グランドパツキンを周溝に対応する
非接触位置に切換え変位して、グランドパツキン
の異常摩耗および回転部材に対する焼付を防止す
ることができる。

さらに、高価な封液供給設備を別途必要としな
いので、経済的にきわめて有利であり、かつ被軸
封機器の設置場所の制約を回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るドライ運転状
態を示す縦断面図、第２図は同ウエツト運転状態
を示す縦断面図、第３Ａ図は他の実施例を示す縦
断面図、第３Ｂ図は第３Ａ図の実施例に適用され
る潤滑リングの斜視図、第４Ａ図はさらに他の実
施例を示す縦断面図、第４Ｂ図は第４図の実施例
に適用される変位部の斜視図、第５Ａ図は実験に
使用した本考案軸封構造を示す縦断面図、第５Ｂ
図は同従来の軸封構造を示す縦断面図、第６図は
実験結果を示すグラフ、第７図は従来の軸封構造
の他の例を示す縦断面図である。 １……パツキンボツクス、２……シールボツク
ス、５……グランドパツキン、６……回転部材、
７……同溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転部材に内装するグランドパツキンがパツキ
   ンボツクスに装填され、前記回転部材の外周にグ
   ランドパツキンとの外接を回避する周溝が凹設さ
   れるとともに、この回転部材を保有している被軸
   封機器の運転状態の変化に伴う流体圧の変動に応
   動してグランドパツキンが前記回転部材に内接す
   る接触位置と周溝に対応する非接触位置に切換え
   変位されるように、前記パツキンボツクスがシー
   ルボツクスに軸方向移動可能な状態で嵌合されて
   いることを特徴とするグランドパツキンの軸封構
   造。