JPH0444941Y2

JPH0444941Y2 -

Info

Publication number: JPH0444941Y2
Application number: JP1986035272U
Authority: JP
Priority date: 1986-03-13
Filing date: 1986-03-13
Publication date: 1992-10-22
Also published as: JPS62147766U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、ケーシング内に回転自在に支えられ
た回転軸がケーシングを貫通する部分に設けられ
る回転機械のブツシユ型軸封装置に関し、ポン
プ、水車等の水力機械等に用いて好適のものであ
る。

（従来の技術）従来より、回転機械の軸封装置としてブツシユ
シールが使用されている。第４図は、立軸ポンプ
にプツシユシール６を使用した例を示す縦断面図
であつて、ポンプ揚液が主軸３と吐出エルボ２と
の間隙から大気側へ大量に漏れ出るのを防ぐため
に、或いは空気がポンプ内へ侵入するをの防ぐ目
的でブツシユシール６が使用されている。図中、
１は揚水管、４は羽根車、５はストレーナであ
る。

第５図は、上記第４図の軸封装置の詳細図で、
同図の右半分は、固定側摺動部材２２ａの摺動部
がフラツトな場合を示し、また左半分は、固定側
摺動部材２２ｂの摺動部に溝を設けた場合を示し
ており、これら固定側摺動部材は何れもハウジン
グ２３の内側にボルトによつて取付けられてい
る。図中、２１は回転軸３に装着された回転側摺
動部材、２４はＯリング、２５は水中軸受であ
る。

上記のブツシユシール６を構成する回転側及び
固定側の両摺動部材２１，２２ａ，２２ｂには、
ステンレスや銅系合金などの金属材料が使用され
ており、運転中、回転軸３は水中軸受２５によつ
て軸受され、上記ブツシユシール６の両摺動部材
２１と２２ａ，２２ｂとが互いに接触しないよう
にして、ハウジング２３内と外部とを軸封（シー
ル）作用していた。

（考案が解決しようとする問題点）上記した連結のブツシユシールには次のような
問題点があつた。

（）ブツシユシールのリーク（漏洩）量は摺
動部隙間のほぼ３乗に比例するが、摺動部材同
士の接触を避けるため、摺動部の隙間は、軸受
隙間よりも大きく採る必要があるため、比較的
大きな隙間としなければならなかつた。このた
め、リーク量を少なく制限することは不可能で
あつた。

（）軸封すべき流体はシルトや砂などの硬い
スラリが含有されている場合は、これらのスラ
リにより摺動部材が摩耗し、定期的に摺動部材
を交換する必要があつた。

（）摺動部隙間を全円周上で一定に保つため
に、回転軸と軸受側摺動部材との同心度に注意
を払う必要があり、このための心出し作業に多
大な労力を費やすこともあつた。

本考案は、上記した問題点を解消することを技
術的課題としている。

（問題点を解決するための手段）本考案は、上記した従来技術の問題点を解決す
るために、ケーシング内に回転自在に支えられた
回転軸のケーシング貫通部に設けられ、回転側摺
動部材及び固定側摺動部材を備えた回転機械のブ
ツシユ型軸封装置において、回転側摺動部材及び
固定側摺動部材の一方をセラミツクス材とし、他
方をタングステンカーバイド（WC）を含有した
超硬合金とし、固定側摺動部材を半径方向に移動
可能に軸方向に弾性支持し、上記固定側摺動部材
と回転側摺動部材の半径方向の隙間を、回転軸の
軸受隙間より狭く形成し、上記固定側摺動部材の
半径方向内側に軸封圧力をバランスさせる突起部
を設け、ケーシング内の軸封圧力の高低に影響さ
れずに半径方向に移動できるようにしたことを特
徴としている。

なお、実施に際しては、上記セラミツクス材は
炭化珪素又は窒化珪素のセラミツクスとし、超硬
合金はWC含有量75重量％以上とするのが望まし
い。

（作用）本考案では、ブツシユシールの回転側摺動部材
及び固定側摺動部材を構成しているセラミツクス
材とタングステンカーバイドを含有している超硬
合金との組合せ材料は、空気中や清水中のみなら
ず、珪砂、アルミナ粒子を含むスラリ液中におい
ても、焼付きや摩耗などの不具合なく安定した摺
動特性を有することは実験により確認済みである
（特開昭60−73123号公報及び同60−146916号公報
参照）ので、軸封装置を構成している両摺動部材
は、たとえ接触しても、何等の悪影響を受けな
い。従つて、両摺動部材の隙間を小さくすること
が可能となる。

また、固定側摺動部材が半径方向に移動可能に
構成されているので、回転軸の回転中心に追従し
て両摺動部材の隙間をより一層小さく、回転軸の
軸受隙間より狭く形成することが可能となる。こ
のことは、両摺動部材を上記のような摺接可能な
材料で構成することによつて初めて可能となるの
である。

また、固定側摺動部材は半径方向に移動可能に
軸方向に弾性支持されているので、回転体の半径
方向の振れが両摺動部材の隙間以上になつても、
固定支持のものに比べて反力の値は非常に小さく
て済み、従つて、ドライ環境下でも使用できる。

また、固定側摺動部材の半径方向内側に軸封圧
力をバランスさせる突起部を設けているので、該
固定側摺動部材に働く軸封圧力がバランスされ、
軸方向外力が殆んど作用しなくなるので、ケーシ
ング内の軸封圧力の高低に影響をされずに半径方
向に移動できるようになる。

（実施例）次に、本考案の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、立軸ポンプの軸封部に本考案による
軸封装置を用いた一実施例を示す要部縦断面図で
ある。

図において、回転軸３には、WC含有量75重量
％以上の超硬合金からなる回転側摺動部材１１
が、軸段部３ａと軸方向支持体１０とにより固定
されている。一方、炭化珪素（SiC）又は窒化珪
素（Si₃N₄）のセラミツクスからなる固定側摺動
部材１２は、回り止めピン１３により、ハウジン
グ１７に取付けられたシールケース１４に大し
て、円周方向の動きを制限されているが、該固定
側摺動部材１２の外周は、シールケース１４の内
周よりも充分小さいため、半径方向には遊動可能
になつており、また軸方向は、Ｏリング１５ａ及
び１５ｂを介して、シールケース１４にそれぞれ
取付けられた両側の支持体１６，１６により支承
されている。更に、第１図における軸封装置の拡
大断面図である第２図に示すように、固定側摺動
部材１２に軸方向外力が殆んど作用しないよう
に、半径方向に突出した突起部１２ａを一体に設
けて、軸封圧力Ｐをバランスさせている。なお、
図中、９は、該軸封装置の下部に設置された水中
軸受である。

この実施例によれば、回転軸１が回転中、前記
のようなセラミツクス材と、超硬合金からなる固
定側及び回転側の両摺動部材１１と１２は、空気
中、清水中、或いは珪砂、アルミナ粒子を含むス
ラリ液中においても焼付きや摩耗などの不具合な
く極めてすぐれた摺動特性を有する。このこと
は、摺動試験装置−即ち、回転軸に回転側摺動部
材に相当するスリーブ状試験片を嵌合したものを
固定側摺動部材に相当するリング状試験片内に嵌
入して固定支持し、これらの両試験片の摺動面に
潤滑液を供給すると共に、リング状試験片に対し
て半径方向側方よりロードセルを介して荷重負荷
をかけるように構成した試験装置を用い、また従
来の潤滑液を供給する保護管を用いない立軸ポン
プを用いて、種々の摺動部材について様々な使用
環境における摺動特性を出願人において比較調査
して確認されている（特開昭60−73123号公報及
び同60−146916号公報参照）。従つて、摩耗や空
気中での焼付きによる摺動部材の交換が殆んど不
要で、メンテナンスなしで長期間の運転が可能で
ある。

また、固定側摺動部材１２が半径方向に移動可
能であるため、軸封部の隙間δ_Aは、水中軸受９の
隙間δ_Bよりも小さく設定することができるし、回
転軸３と固定側摺動部材１２との心出し作業も不
要となる。

更に、固定側摺動部材１２には半径方向内側に
突起部１２ａを設けて軸封圧力Ｐをバランスさ
せ、軸方向外力が殆んど作用しないようにしてい
るので、軸封圧力Ｐの高低に拘らず、固定側摺動
部材１２とＯリング１５ａ，１５ｂとの摩擦力は
小さく、軸封装置の摺動面圧を小さく保つことが
可能である。

第３図は、本考案の他の実施例を示す要部縦断
面図であつて、図中、第２図の符号と同一のもの
は、同一ないし同類部分を示すものとする。

この実施例では、リーク量を更に減ずるため
に、固定側摺動部材１９に角形溝２０が設けられ
ており、また該固定側摺動部材１９は金属シエル
１８に焼嵌め又は接着剤によつて固定されてい
る。そして該金属シエル１８は軸方向をＯリング
１５ａ，１５ｂにより、また円周方向に回り止め
ピン１３によつてそれぞれ支持されている点で、
先の実施例（第２図）と相違しており、その他の
点では一致している。

この実施例によれは、上記のように角形溝２０
によりリーク量が減じられるばかりでなく、回り
止めピン１３が金属シエル１８のピン穴に係合さ
れているので、固定側摺動部材１９に回り止めピ
ン１３用の穴を設ける必要がなくなり、従つて、
脆性材料である摺動部材にこの穴による応力集中
が生じない利点がある。

なお、上記した実施例において、固定側摺動部
材にセラミツクス材を、また回転側摺動部材に超
硬合金をそれぞれ用いた構造について説明した
が、固定側摺動部材に超硬合金を、また回転側摺
動部材にセラミツクス材を用いるようにすること
も可能である。

（考案の効果）以上説明したように本考案は構成されているの
で、次のような効果を奏することができる。

（）固定側及び回転側の両摺動部材にセラミ
ツクス材とタングステンカーバイドを含有した
超硬合金とを組合わせて使用したことにより、
摺動面圧が小さい場合には空気中においても焼
付きなどの不具合がなく長時間運転が可能であ
り、また封水液にSiO₂などの硬いスラリが含
まれる場合にも、すぐれた耐摩耗性を示すた
め、摺動部材の交換が殆んど不要で長期間の運
転か可能となる。

（）固定側摺動部材を半径方向に移動可能と
したことにより、軸封装置の両摺動部材の隙間
を水中軸受の隙間よりも小さく設定することが
可能となり、そのため、摺動部隙間のほぼ３乗
に比例する漏洩量を少なく制限することがで
き、また回転軸と固定側摺動部材との心出し作
業の不要となり、両摺動部材に上記のような摺
動特性のすぐれた材料を使用したことと相挨つ
て、リーク量が少なく、長期間のメンテナンス
フリー（維持作業不要）の軸封装置を得ること
ができる。

（）固定側摺動部材は半径方向に移動可能に
軸方向に弾性支持されているので、回転体の半
径方向の振れが両摺動部材の隙間以上になつて
も、固定支持のものに比べて反力の値は非常に
小さくて済み、従つて、ドライ環境下でも使用
できる。

（）固定側摺動部材の半径方向内側に軸封圧
力をバランスさせる突起部を設けたことによ
り、該固定側摺動部材に働く軸封圧力がバラン
スされ、軸方向外力が殆んど作用しなくなるの
で、ケーシング内の軸封圧力の高低に影響をさ
れずに半径方向に移動できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す要部縦断面
図、第２図は第１図の軸封装置の拡大断面図、第
３図は本考案の他の実施例を示す要部縦断面図、
第４図は従来の立形ポンプの縦断面図、第５図は
第４図の軸封装置の拡大断面図である。３……回転軸、１１……回転側摺動部材、１
２，１９……固定側摺動部材、１２ａ……突起
部、１３……回り止めピン、１４……シールケー
ス、１５ａ，１５ｂ……Ｏリング、１８……金属
シエル、１８ａ……突起部、２０……角形溝。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１ケーシング内に回転自在に支えられた回転軸
のケーシング貫通部に設けられ、回転側摺動部
材及び固定側摺動部材を備えた回転機械のブツ
シユ型軸封装置において、回転側摺動部材及び
固定側摺動部材の一方をセラミツクス材とし、
他方をタングステンカーバイド（WC）を含有
した超硬合金とし、固定側摺動部材を半径方向
に移動可能に軸方向に弾性支持し、上記固定側
摺動部材と回転側摺動部材の半径方向の隙間
を、回転軸の軸受隙間より狭く形成し、上記固
定側摺動部材の半径方向内側に軸封圧力をバラ
ンスさせる突起部を設け、ケーシング内の軸封
圧力の高低に影響されずに半径方向に移動でき
るようにしたことを特徴とする軸封装置。２上記セラミツクス材は炭化珪素（SiC）又は
窒化珪素（Si₃N₄）であり、超硬合金はタング
ステンカーバイド（WC）含有量75重量％以上
である実用新案登録請求の範囲第１項記載の軸
封装置。