JPH0631638B2 - 液体シール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は渦巻ポンプに関する。さらに詳しくは、この
発明はポンプの内部とインペラーシャフトを通すための
開口を介して連通する外部との間の液体シール装置に関
する。この発明は、主として垂直の駆動シャフトを有す
るとともに１つもしくは複数のポンプステージを有する
渦巻ポンプに利用される。

高圧を発生させるために、連結したインペラーポンプを
使用することは知られている。この場合、各ポンプにつ
いて共通の駆動シャフトが使用される。このようなポン
プとしては、本願出願人の製造による型式名「インペリ
アル」と称す渦巻ポンプがある。これは、一つの駆動シ
ャフトに組み付けられた４個ないし１２個のインペラー
ポンプを使用しており、電動モーターに連結して使用さ
れる。各インペラーポンプステージは連続状に連結され
ているので、高圧が発生されるとともに、粘性のある液
体でも比較的高い流速が得られる。インペラーポンプス
テージはポンプスタンド上に積み重ねた状態で取り付け
られる。そして、垂直の駆動シャフトは最下部のステー
ジから最上部のステージを経て上方へ延び、最上部のス
テージの上方に位置するようにポンプスタンドに取り付
けられたハウジング内に達する。このハウジングの上部
にはモータが取り付けられ、駆動シャフトとモータとの
間には連結リンクで連結されている。最下部のポンプス
テージにはインレットが設けられ、内部通路によって連
続するステージが連通される。最上部のステージはアウ
トレットハウジングに連結され、圧送された液体はこの
アウトレットハウジングから各導管へと送られる。

実際のプラントにおいては、この種のポンプは、通常ペ
イント，オイル等の液体を入れた大容量の容器の近くに
設置される。そして、ポンプアウトレットは配管システ
ムに連結される。なお、この配管システムは、プラント
内を巡る長いものである。これらのポンプシステムは通
常長期にわたって動作され、ポンプにメンテナンス上の
問題が発生しない限り１日２４時間休みなく使用される
場合もある。主なメンテナンス上の問題はシャフトシー
ルの摩耗によっては生じる液漏れである。この漏れは初
期において微量であるが、時間とともに増大し、漏れた
液体はポンプの回りの部分に蓄積される。漏れた液体が
蓄積された場合には、配管システムを閉じて、ポンプを
補修しなくてはならない。

これらのポンプは長時間にわたって使用され、その間は
通常監視されないから、高い信頼性が要求される。ま
た、補修を必要とする問題はシャフトシールからの液漏
れによるものが多いから、シールの設計には細心の注意
が払われる。シャフトシールからの液漏れを生じる最大
の原因は、摩擦による過熱である。したがって、動作中
に摩擦熱が発生しにくいシールを設計する必要がある。

発明の概要 この発明は、ポンプのシャフトシールの近くにおいて発
生する摩擦熱を低く抑えたポンプに関する。さらに、こ
の発明は、シール部の摩耗等に伴い少量の堆積物が生じ
ても悪い影響を受けない設計のシャフトシールに関す
る。このような設計によって、シールの機能性低下が防
止される。

この発明は、特にベローシールおよびそのベローシール
を収納するチャンバの設計に関する。この場合、圧送さ
れた液体の一部は冷却液として利用され、シール部分に
おいて摩擦係合する部材から発生される摩擦熱を吸収す
る。ベローシールと共に構成された滑接シール部材は、
液体で満たされたシールチャンバ内に収容される。そし
て、このシール部材の大部分の面は、冷却のためにその
液体に接触されている。さらに、ベローシールの内面
は、シール機能を損う原因となる堆積物の蓄積を防止し
うるような形状となっている。

目的 この発明の目的は、ベロータイプのシャフトシールを提
供することである。このベローの大部分の面は、シール
部材を冷却するために、シールチャンバ内に露呈されて
いる。

この発明の別の目的は、滲出液が滑接シール面の近くで
乾燥堆積しないように、滑かな傾斜面を有するシャフト
シールを提供することである。

この発明のさらに別の目的は、シャフトシールを収納す
るとともに、液体を循環させるシールチャンバを提供す
ることである。

実施例の説明 次に、この発明の一実施例を図面に従って説明する。第
１図は、代表的な使用態様における多段渦巻ポンプ２０
を示す図である。この渦巻ポンプ２０はスタンド２６の
上に順次積み重ねられた複数のインペラーポンプステー
ジ２５を有する。支持ロッド２７がスタンド２６に取り
付けられ、この支持ロッド２７によってアウトレットハ
ウジング３０が支持される。アウトレットハウジング３
０には電動式のモータ１０が取り付けられる。このモー
タ１０は共通の駆動シャフトを介して全てのインペラー
ポンプステージ２５に連結され、これらを駆動すること
ができる。最下位に位置するインペラーポンプステージ
２５の下方にはインテークボールアセンブリ２２が取り
付けられている。このインテークボールアセンブリ２２
は液体インレット２４を介してインレットバルブ１７に
連結されている。インレットバルブ１７は導管によって
液体タンク２１に連結されている。この液体タンク２１
には圧送される液体が大量に貯留されている。

アウトレットハウジング３０にはアウトレットバルブ１
８に連結するための液体アウトレット３４が形成されて
いる。アウトレットバルブ１８は圧送された液体を導く
ための導管１９に連結されている。

第２図は渦巻ポンプ２０の等角図である。この図から明
らかなようにインペラーポンプステージ２５は一列にボ
ルトで連結されており、液体インレット２４から液体ア
ウトレット３４へ向かう流路を形成する。９０°のエル
ボ３６とドレンチューブ３７はアウトレットハウジング
３０および液体インレット２４に連結されている。その
目的については後述する。アウトレットハウジング３０
には、密閉可能な検査ドア３１が取り付けられているの
で、アウトレットハウジング３０内の点検が可能であ
る。

第２図においては、説明のために１２個のインペラーポ
ンプステージ２５が連結させてある。実際のポンプにお
いては、その数は様々であるが、通常４個から１４個で
ある。各支持ロッド２７の長さは、このように連結され
たインペラーポンプステージの数に合せて変更でき、ポ
ンプアセンブリおよびモータの全長は連結されたインペ
ラーポンプステージの数の関数である。

第３図はアウトレットハウジング３０の部分断面等角図
である。アウトレットハウジング３０には、アッパーチ
ャンバ３３が形成されている。このアッパーチャンバ３
３にはモータシャフト１１とインペラーシャフト１２と
の間を結ぶメカニカルリンケージが連結されている。さ
らに、このアウトレットハウジング３０にはシールチャ
ンバ３８およびロワーアウトレットチャンバ３５が形成
されている。そして、シールチャンバ３８内には液体に
対するシャフトシールが収容されている。また、圧送さ
れた液体はロワーアウトレットチャンバ３５を通って液
体アウトレット３４へと導かれる。インペラーシャフト
１２はアウトレットハウジング３０の内の隔壁開口部に
嵌着されたプレッシャースロットルブッシュ４０に挿通
されている。さらに、このインペラーシャフト１２はア
ッパーチャンバ３３内においてモータシャフトカップラ
１４に隣接配置されたラジアルおよびスラスト軸受１６
によって支持されている。

断面Ｌ形のフランジ状シールハウジング４４は、アウト
レットハウジング３０内におけるアッパチャンバ３３と
シールチャンバ３８との間の隔壁開口部に外側から固定
され、この開口を貫通するインペラーシャフトとの間に
シール部材を配設する。ベローシール４２はシールハウ
ジング４４と連携する。なお、これについては後述す
る。ドレンアウトレット３２には螺子が形成されてい
る。この螺子にはエルボ３６が螺着され、シールチャン
バ３８からのドレン出口が形成される。

第４図は、アウトレットハウジング３０の拡大断面図で
あり、特にシールチャンバ３８と連携する部材を説明す
るための図である。インペラーシャフト１２はシールチ
ャンバ３８を貫通し、その下端部は減圧用のプレッシャ
ースロットルブッシュ４０に挿通される。環状の隙間４
１は、インペラーシャフト１２の回りにおける液体の流
路を構成し、液体をロワーアウトレットチャンバ３５か
らシールチャンバ３８へと流す。なお、第４図において
は、隙間４１は実際の間隔より広く示してある。ロワー
アウトレットチャンバ３５内は比較的高圧であるが、液
体は隙間４１を通る間に圧力を減じて上方のシールチャ
ンバ３８へと流れる。シールチャンバ３８はこのように
な液体で満たされているので、シールチャンバ３８の上
部付近にはドレンアウトレット３２が形成されている。
このドレンアウトレット３２にはエルボ３６が取り付け
られている。さらに、このドレンアウトレット３２は、
エルボ３６に連結されたドレンチューブ３７を介して下
方の液体インレット２４に連通されている。液体インレ
ット２４内にはオーバーフローアダプタ３９が突出され
てるい。このオーバーフローアダプタ３９の開口端は斜
めに切断され、その切断面は液体インレット２４内を流
れる液体の下流に向けられている。そのため、負圧が発
生し、シールチャンバ３８内の部材を冷却するための流
れを生じる。なお、流れの方向は、第４図中矢印で示し
てある。シールチャンバ３８の上部近傍には空気排出口
２８が形成されている。そして、この空気排出口２８に
はブリーダーバルブ２９（第４図参照）が取り付けられ
ている。ブリーダーバルブ２９はシールチャンバ３８内
の空気を逃すために随時開くことができるので、シール
チャンバ３８内を液体のみで満たすことができる。

シールハウジング４４はアウトレットハウジング３０に
固定され、シールチャンバ３８側に突出するネック５５
を有している。このネック５５の下部は小径に設定され
ているので、シールチャンバ３８に通じる環状ギャップ
５６が形成される。また、ネック５５の底部にはシール
リング５２を取り付けるための凹部が形成されている。
第１シールリング５２（以下単にシールリング５２もし
くは固定シールリング５２とも言う。）はシールハウジ
ング４４内にピンもしくはキーによって固定されている
ので、このシールリング５２をネック５５の凹部内に着
座させたときに回転することはない。シールリング５２
はカーボンもしくは炭化タングステンで形成され、その
下面は研摩され、液体をシールするためのシール面４６
となっている。

インペラーシャフト１２には、カラー４５が止め螺子４
９によって取り付けられている。そして、このカラー４
５とインペラーシャフト１２との間にはＯ−リング４８
が配設されており、両者間は液密状となっている。な
お、カラー４５は市販のベローシール４２の一部であ
る。たとえば、このベローシールとしては、ロード・ア
イランド州ウォーリックのシーロール・インコーポレー
テッド（Sealol Inc.）製のものがあり、各種の寸法お
よび構造のものがある。１セットのベローシール４２に
はさらに溶接されたステンレス製のベロー４３とシール
シート４７とが含まれる。ベロー４３はカラー４５およ
びシールシート４７に対して、液体を通さないように溶
接されている。シールシート４７には第２シールリング
５０（以下単にシールリング５０とも言う。）を装着さ
せるために環状ショルダが形成されている。シールリン
グ５０は、広範な操作条件下において効果的な機械的シ
ールを得るために、カーボン等で形成される。シールリ
ング５０の上面は高精度の研摩が施され、固定シールリ
ング５２の下面との間が密着係合されるため、シール面
４６が形成される。シールリング５０の内側には、イン
ナーフランジリング５４がプレス嵌めされ、シールリン
グ５０の内面に沿ってテーパ面が形成される。インナー
フランジリング５４は、シールの内部に向う滑かな接面
を得るために、ナイロン等で形成されている。

第５図はベローシール４２の等角断面図である。カラー
４５には止め螺子４９を螺合させるための螺子付きの孔
が複数個形成されている。ベロー４３はカラー４５の外
周に沿って液密状に溶接され、同様に、ベロー４３の上
面はシールシート４７に対して液密状に溶接されてい
る。シールシート４７はシールリング５０を装着するた
めのショルダを有している。このシールリング５０の内
側にはインナーフランジリング５４がプレス嵌めされ、
シールリング５０の内面に沿って滑かなテーパ面を形成
している。さらに、シールリング５０の上面には固定シ
ールリング５２が係合され、両者間に滑かなシール面４
６が形成される。このシール面４６は適宜研摩され、シ
ールリング５０と固定シールリング５２との間は液密状
に形成される。

次に、操作について説明する。カラー４５はインペラー
シャフト１２に固定されているので、シールリング５０
はインペラーシャフト１２の回動に伴って回動する。一
方、固定シールリング５２はシールハウジング４４によ
って非動作位置に保持されているので、シール面４６に
おいて摺動が起る。シール面４６は高度に研摩された２
つの面で構成された接合面である。したがって、シール
面４６を液密状にするとともに、摩擦係数を小さくする
ために、シールリング５０および固定シールリング５２
の材料選択は綿密に行なわれる。このシール面４６にお
いては、必然的に摩擦熱が発生するから、このシール面
４６の近くの部材を冷却するために、液体冷却装置が使
用される。たとえばシールチャンバ３８およびブリーダ
ーバルブ２９は、隙間４１を通って上方へ圧送された液
体を溜めてシールチャンバ３８を満たしうるように構成
されている。この圧送された液体は、シールチャンバ３
８内のすべての部材を浸漬させる。そして、この圧送さ
れた液体はドレンアウトレット３２から排出され、再循
環によって摩擦熱を吸収する。ネック５５の小径部によ
って、環状ギャップ５６が形成される。この環状ギャッ
プ５６は侵入した空気を排出するためのキャビティを構
成する。また、シールチャンバ３８内の液体はこのギャ
ップ５６内にも侵入し、さらに冷却効果を高める。さら
に、シールリング５０および固定シールリング５２の一
部はシールチャンバ３８内の液体内に露出されているの
で、発生した摩擦熱はこの液体に伝達される。

長期間にわたって使用した場合、少量の液体がシール面
４６から漏れるが、これは不可避である。そして、この
漏れた液体は、ベローシール４２の内側に溜まる。この
液体は乾燥し、乾燥した堆積物を形成する。従来は、乾
燥堆積物はシールシート４７に形成されたショルダに沿
って生長し、シールリング５０と固定シールリング５２
とを引き離す力を発生する部分にまで及ぶことがあっ
た。このような問題のために、シールシート４７のショ
ルダ部にインナーフランジリング５４がプレス嵌めされ
た。このインナーフランジリング５４によって、滑らか
なテーパ面が形成され、従来のよう肩部にたまることな
く、堆積物はシール面４６から自在に落下される。イン
ナーフランジリング５４はナイロン等で形成されている
ので、堆積物の除去が容易である。

ブリーダーバルブ２９はシールチャンバ３８内の空気を
排出するように調節されているので、シールチャンバ３
８内は常時液体で満たされている。エルボ３６から流出
された液体あドレンチューブ３７によって液体インレッ
ト２４に戻される。ドレンチューブ３７の下端にはオー
バーフローアダプタ３９が形成されている。このオーバ
ーフローアダプタ３９は斜めに切断されているので、ベ
ンチュリ吸引効果が得られ、ドレンチューブ３７内の液
体の流れが活発化される。

この発明は、発明の精神を逸脱しない限り、どのように
変更することも可能である。したがって、この実施例
は、説明のための一例であり、発明を制限するものでは
ない。なお、この発明は特許請求の範囲によって決定さ
れる。

（発明の効果） 以上に述べた構成と作用とにより、この発明によれば、
特に多段渦巻ポンプのアウトレットハウジングを通って
外方へ延出するインペラーシャフトに対する液体シール
装置において、次のようなすぐれた効果がある。すなわ
ち、比較的高圧のポンプのアウトレットチャンバと、ア
ウトレットハウジング内の常圧のアッパチャンバとの間
に、固定された第１シールリングと、これに対して回転
する第２シールリングとを含む一連のシール部材を冷却
液に浸漬するシールチャンバを設けたので、第１、第２
シールリング間の互いに滑接するシール面から発生する
熱も迅速にこの液に吸収される。また冷却液としてはポ
ンプのアウトレットチャンバから細隙を通って減圧しつ
つ流入されるポンプの圧送液の一部が利用されるので、
シールリング内外の圧力差は圧送液に直接触れる場合よ
りはるかに小さくなる。

さらに回転する第２シールリングの背面には共に回転す
るベローが設けられているので、固定の第１シールリン
グとの間の共通シール面での接圧がほぼ一定に保たれ、
シール状態を常に適正に維持する。シールチャンバ側か
ら内方のインペラーシャフト側へシール面を通って滲出
する冷却液はごく微量で、仮りに滲出してもシール面下
側に隣接配置されたインナーフランジリングの滑らかな
テーパ面を流下するので、シール面に近く乾燥堆積物を
形成することはない。かくてインペラーシャフトに対す
る液体シール装置が、ポンプの一端に比較的簡単な構成
をもって付設でき、かつそのシール効果は長く良好であ
るので、ポンプをほとんど監視することなく、長期間連
結運転させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な使用態様における多段渦巻ポンプの正
面図、第２図は第１図の多段渦巻ポンプの等角図、第３
図はアウトレットハウジングの部分断面等角図、第４図
は第３図のアウトレットハウジングの部分拡大断面図、
第５図はシャフトシールの断面等角図である。 １２…インペラーシャフト ３２…ドレンアウトレット ３３…アッパーチャンバ ３８…シールチャンバ ４２…ベローシール ４３…ベロー ４６…シール面 ５０…第２シールリング（回転） ５２…第１シールリング（固定） ５４…インナーフランジリング ５５…ネック

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプのアウトレットハウジング(30)を通
   って外方へ延出するインペラーシャフト(12)に対する液
   体シール装置であって、 ａ）アウトレットハウジング(30)内に、ポンプのアウト
   レットチャンバ(35)に隣接して外のアッパチャンバ(33)
   との間に形成され、インペラーシャフト(12)を通す開口
   部を内外の隔壁に有するシールチャンバ(38)と、 ｂ）インペラーシャフト(12)を通す貫通孔を有し、シー
   ルチャンバ(38)の前記外の隔壁の開口部に外側から密封
   的に取り付けられた環状のシールハウジング(44)と、 ｃ）前記シールチャンバ(38)内において前記内の隔壁に
   近い一方のシール付きカラー(45)によりインペラーシャ
   フト(12)に取り付けられ、外の隔壁に近く他方の環状シ
   ールシート(47)を有する１セットのベローシール(42)
   と、 ｄ）前記シールハウジング(44)の有する内方への突出ネ
   ック(55)内周面にキー止めされた固定の第１シールリン
   グ(52)と、 ｅ）第１シールリング(52)に対して、前記ベローシール
   (42)が有する他方の環状シールシート(47)のショルダに
   着座され、インペラーシャフト(12)と共に回転する第２
   シールリング(50)と、 ｆ）前記環状シールシート(47)の前記ショルダ上に前記
   第２シールリング(50)の内周面に密接して着座されたイ
   ンナーフランジリング(54)とから成り、 前記ベローシール(42)はその一方のカラー(45)と他方の
   環状シールシート(47)との間に液密状に連結されたベロ
   ー(43)を有し、前記第１シールリング(52)と第２シール
   リング(50)との接面は相対動可能なシール面をなし、内
   方のカラー(45)から外方の環状シールハウジング(44)に
   至る一連の密接したシール部材が共同してポンプ内の液
   体チャンバと外の空気チャンバとの間をシールしてお
   り、さらに前記シールチャンバ(38)の内の隔壁開口部に
   はインペラーシャフト(12)との間に隙間(41)を有するプ
   レッシャスロットルブッシュ(40)が嵌着され、シールチ
   ャンバ(38)の外の隔壁に近い部位にはドレンチューブ(3
   7)に連結されるドレンアウトレット(32)が設けられてい
   て、前記隙間(41)から前記ドレンアウトレット(32)へシ
   ールチャンバ(38)内を流通するポンプ揚液の一部が前記
   の第１、第２のシールリング(52,50)および一連の密接
   したシール部材を冷却することを特徴とする液体シール
   装置。
2. 【請求項２】前記インナーフランジリング(54)はその内
   側テーパ面の上部内径が前記第１シールリング(52)の内
   径にほぼ等しく、かつ同テーパ面の下部内径が前記ショ
   ルダの内径にほぼ等しいように形成されている特許請求
   の範囲第１項記載の液体シール装置。
3. 【請求項３】前記インナーフランジリング(54)がプラス
   チック材料で形成されている特許請求の範囲第２項記載
   の液体シール装置。
4. 【請求項４】前記シールハウジング(44)の有する内方へ
   の突出ネック(55)の外径が、前記シールチャンバ(38)の
   外の隔壁開口部の内径より小さい特許請求の範囲第１項
   記載の液体シール装置。
5. 【請求項５】前記シールチャンバ(38)内の流通液を放出
   するドレンアウトレット(32)が前記ネック(55)とほぼ同
   じ高さに位置している特許請求の範囲第４項記載の液体
   シール装置。