JPH0694877B2 - ガスシ−ル型キャンドモ−タポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスシール型キャンドモータポンプに係り、
キャンドモータ部のロータ室とガスシール室とを軸封す
るメカニカルシールにポンプ取扱液が直接または間接に
接触してポンプ故障に至るのを阻止したポンプに関す
る。

（従来の技術） 一般に、キャンドモータポンプは、ポンプ取扱液の一部
をキャンドモータ部に循環させることによって、キャン
ドモータ部の冷却と軸受の潤滑を行っているが、スラリ
ー含有液、高粘度液、重合やゲル化を生じ易い液および
特に軸受に対する腐蝕性の高い液などポンプ取扱液をキ
ャンドモータ部へ循環させると故障の原因となる場合
は、ガスシール型キャンドモータポンプが採用されてい
る。

このガスシール型キャンドモータポンプは、第４図に示
すように、ポンプ部１の上側にガスシール室２を介して
キャンドモータ部３が気密に一体に構成され、このキャ
ンドモータ部３のロータ室４と前記ガスシール室２とが
メカニカルシール５にて軸封されており、前記ガスシー
ル室２に封入されたガス６によってキャンドモータ部３
がポンプ取扱液７から遮断されることにより、並びに前
記メカニカルシール５のロータ室４側の圧力がガスシー
ル室２側の圧力よりも高くなるように、前記ロータ室４
および上部ポット８と熱交換器９に封入された清澄な液
10が補助インペラ11にて加圧されてキャンドモータ部３
を循環されることにより、基本的にはポンプ取扱液７が
キャンドモータ部３へ侵入されない構成となっている。

ところで、このガスシール型キャンドモータポンプに
は、ポンプ起動時の急激な圧力変化によって、並びにポ
ンプ運転中においては、回転軸12の回転に伴って生じる
ガスシール室２のポンプ取扱液７の擾乱によって、ガス
シール室２のガス６がポンプ取扱液７に混入され、回転
軸12に沿ってポンプ部１へ漏出されるため、ガスシール
室２に封入されたガス６量が短時間のうちに減少されて
ガスシール室２のポンプ取扱液７の液面が上昇され、ポ
ンプ取扱液７がキャンドモータ部３へ侵入する問題、す
なわち液面上昇の問題があった。

そこで本特許出願人は実公昭45−8285号公報に記載され
ている縦型キャンドモータポンプを提案している。この
キャンドモータポンプは前記第４図に示すようにガスシ
ール室２に複数の邪魔板13を放射状に設けた構造が採ら
れている。また実公昭57−22072号公報に記載のガスシ
ール型キャンドモータポンプが知られている。このキャ
ンドモータポンプは第５図に示すようにガスシール室２
とポンプ室14との間に設けた軸貫通部15にガスシール室
２側に延在するスリーブ16を設け、このスリーブ16によ
って形成された軸貫通部間隙17とガスシール室２とを連
通する流体通孔18,19をスリーブ16の基部と上端部とに
それぞれ複数個穿設した構造が採られている。

（発明が解決しようとする問題点） これら従来の構造によると、邪魔板13またはスリーブ16
の作用により、ガスシール室２のポンプ取扱液７に回転
軸12の回転に伴う擾乱が生じなので、ガスシール室２の
液面上昇の問題は一部のポンプ取扱液７に対しては実用
上困難を生じない程度に大幅に改善されるものの完全に
解決されるに至っておらず、すなわちガスシール室２の
液面が上昇してメカニカルシール５へ達するまでの時間
が飛躍的に長くなるが液面上昇が皆無になるものではな
く、ポンプ取扱液７によっては顕著な効果が生じない場
合がある。

その理由としては、前記邪魔板13の内側縁と回転軸12の
外周との間に形成される環状空間20にある部分のポンプ
取扱液７または前記スリーブ16と回転軸12とで形成され
る軸貫通部間隙17にある部分のポンプ取扱液７は依然と
して回転軸12に連れて回流されており、この回流によっ
てガス６が極めて微量ずつではあるがポンプ取扱液７に
混入され、回転軸12に沿ってポンプ部１へ漏出されるた
めと推定され、ガス６を巻き込み易い高粘度液や発泡性
液およびガス６が溶け込み易い高溶解度液の場合は液面
上昇が極めて速いことが確認されている。

従って、長期に渡っても、また凡ゆるポンプ取扱液７に
対しても、ガスシール室２の液面上昇を抑えてポンプ取
扱液７のキャンドモータ部３への侵入を阻止するために
は、ガスシール室２へ外部ガス源から適宜ガス６を補給
する必要がある。

ところが本特許出願人は、ガスシール室２の液面上昇が
抑えられた状態においても、ポンプ取扱液７がスラリー
など異物含有液であったり重合やゲル化を生じ易い液ま
たは高粘度液であると、あるいはポンプ取扱液７の気化
ガスの腐蝕性が強いと、メカニカルシール５が異常に損
傷される場合があることを確認した。ガスシール室２の
液面上昇が抑えられた状態においても、ガスシール室２
の回転軸12に接する部分の液面から回転軸12の回転によ
ってポンプ取扱液７が極めて微量ずつではあるが上方へ
飛散されてこのポンプ取扱液７の飛沫がメカニカルシー
ル５へ到達する結果、この飛沫に含まれたスラリーなど
の異物やこの飛沫がメカニカルシール５部で重合、ゲル
化して形成された異物がメカニカルシール５に噛み込む
ことにより、または高粘度の飛沫の侵入によってメカニ
カルシール５の潤滑が妨げられることにより、メカニカ
ルシール５が損傷されてポンプ故障に至ることがある。

前記ポンプ取扱液７の飛沫をメカニカルシール５へ到達
させないために、第４図に点線にて示すように、回転軸
12にメカニカルシール５の下側に近接した回転円板21を
取着することが考えられるが、この回転円板21の回転に
伴ってガスシール室２にガス６の回流が生じるため、ポ
ンプ取扱液７の飛沫が微細であるほど前記ガス６の回流
に混流され、かえってメカニカルシール５へ到達される
怖れが強くなり、さらにはガスシール室２のポンプ取扱
液７の気化ガスがメカニカルシール５部で重合、ゲル化
される場合や前記気化ガスによってメカニカルシールが
腐蝕される場合などポンプ取扱液７の気化ガスの影響に
よる場合には、これらを防ぐ手段がなかった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、ポンプ運転
中またはポンプ取扱液７内在中に外部ガス源から常時ガ
ス６を供給して、このガス６をメカニカルシール５部を
経た後、回転軸12との狭い軸貫通部間隙51からガスシー
ル室２へ流入させるよう構成することにより、ガスシー
ル室２の液面上昇が阻止できることは勿論、ガスシール
室２の液面から上方へ飛散されるポンプ取扱液７の飛沫
およびポンプ取扱液７の気化ガスがメカニカルシール５
へ到達するのを防止できるガスシール型キャンドモータ
ポンプを提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のガスシール型キャンドモータポンプは、ポンプ
部の上側にガスシール室を介してキャンドモータ部を気
密に一体に構成し、このキャンドモータ部のロータ室と
前記ガスシール室とをメカニカルシールにて軸封したキ
ャンドモータポンプにおいて、前記ガスシール室と前記
メカニカルシールとの間にこのメカニカルシールを前記
ガスシール室から遮断するガス受給室を設け、このガス
受給室と前記ガスシール室とを径方向長に対する軸方向
長が相当大なる狭い軸貫通部間隙を介して連通し、ポン
プ運転中またはポンプ取扱液内在中に前記ガス受給室へ
ガスを供給して前記軸貫通部間隙を経て前記ガスシール
室へ流入させるための外部ガス源を前記ガス受給室に接
続してなるものである。

（作用） 本発明のガスシール型キャンドモータポンプは、ポンプ
運転中またはポンプ取扱液内在中に外部ガス源から常時
ガスを供給することにより、ガスシール室にガスが過分
に補給されるのでガスシール室のガス量が減少すること
による液面上昇が阻止されてポンプ取扱液がメカニカル
シールへ到達されず、およびガス受給室から狭い軸貫通
部間隙を通ってガスシール室へ流入されるガス流によっ
てポンプ取扱液の飛沫や気化ガスがガス受給室へ侵入す
るのが阻止されてメカニカルシールへ到達されず、従っ
てポンプ取扱液に起因してメカニカルシールが損傷され
ることがない。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図および第２図において、70はポンプ部１の上側に
ガスシール室２を介してキャンドモータ部３が気密に一
体に構成され、このキャンドモータ部３のロータ室４と
前記ガスシール室２とがメカニカルシール５にて軸封さ
れたキャンドモータポンプで、前記キャンドモータ部３
の上側に突出された回転軸12には補助インペラ11が取着
されており、前記メカニカルシール５のロータ室４側の
圧力がガスシール室２側の圧力よりも高くなるように、
前記ロータ室４および上部ポット８と熱交換器９に封入
された清澄な液10が前記補助インペラ11にて加圧され、
かつ上部軸受22、ステータキャン23とロータキャン24と
の間隙25および下部軸受26と前記ロータ室４を通り、前
記ガスシール室２を構成するアダプタ27の上部に設けら
れて前記メカニカルシール５を内包したシール液室28、
循環パイプ29、熱交換器９、循環パイプ30および前記上
部ポット８を経て補助インペラ11へと循環されてキャン
ドモータ部３の冷却と軸受22,26の潤滑を行なう循環経
路が形成されている。

そして、前記メカニカルシール５は、回転軸12に取着さ
れた回転環5aを上側に固定環5bを下側にして配設され、
この固定環5bはガスシール室２とシール液室28を区画す
るアダプタ27の仕切壁31に取着された固定環支え32に装
着固定されており、前記アダプタ27とポンプケーシング
33の接合部にはガスシール室２とポンプ部１とを区画す
る仕切板34が取着され、この仕切板34を貫通してポンプ
部１へ突出された回転軸12の下端部に主インペラ35が取
着されている。

また、前記ガスシール室２には仕切板34から上方へ突出
した複数の邪魔板13が放射状に配設されており、または
図示しないが前記第５図に示すようなスリーブ16が仕切
板34から上方へ突出されて配設されており、前記仕切板
34の下面の環状突起36と主インペラ35の後面シュラウド
37の環状突起38とにより構成されたオリフィス39の内側
環状空間がバランス室40として形成されており、このバ
ランス室40は上部では仕切板34の軸貫通部間隙41を介し
ガスシール室２に連通され、下部では前記後面シュラウ
ド37に穿削されたバランスホール42を介して主インペラ
35の吸込側に連通されており、すなわち前記ガスシール
室２が仕切板34の軸貫通部間隙41を介してポンプ低圧部
に連通されている。

43,44はそれぞれキャンドモータ部３および上部ポット
８の冷却ジャケットで、冷却パイプ45,46を介して熱交
換器９へ供給される冷却水が順次流れるように構成され
ており、47はガスシール室２のポンプ取扱液７の液面監
視用覗き窓、48はキャンドモータ部３を循環される清澄
な液10の液量監視用覗き窓である。

以上の構成は、本発明の前提となる従来のガスシール型
キャンドモータポンプ70の例を示したもので、次に本発
明の特徴部分の構成について説明する。

前記固定環支え32はその下端部が内径側に延在されて、
この固定環支え32と回転軸12および前記固定環5bとで囲
まれる空間が前記メカニカルシール５を前記ガスシール
室２から遮断するガス受給室49として形成されており、
前記固定環支え32の下端内径部には前記ガスシール室２
側へ延在するスリーブ部50が設けられて、このスリーブ
部50と回転軸12との間に径方向長に対する軸方向長が相
当大なる狭い軸貫通部間隙51が形成され、この軸貫通部
間隙51によって前記ガス受給室49と前記ガスシール室２
とが連通されており、そして前記ガス受給室49は前記固
定環支え32に穿設されたガス通孔52、このガス通孔52に
溶接にて連通された内部ガスパイプ53、前記アダプタ27
の側壁に気密に取着されて前記内部ガスパイプ53の他端
がユニオン54にて接続されたガス受給口55、外部ガスパ
イプ56および必要に応じて設けられる定流量装置57およ
び弁58を介して外部ガス源59に接続されており、すなわ
ちポンプ運転中またはポンプ取扱液７内在中に前記外部
ガス源59から常時ガス６が供給されて、このガス６が前
記ガス受給室49を経た後、前記狭い軸貫通部間隙51から
前記ガスシール室２へ流入されるように構成されてい
る。

次に、以上のように構成された実施例の動作について説
明する。

ポンプ運転中に外部ガス源59からガス受給室49に常時ガ
ス６を供給することにより、前記軸貫通部間隙51を介し
てガスシール室２にガス６が補給されるので、ガスシー
ル室２のガス６が微量ずつポンプ部１側へ漏出されてガ
スシール室２のガス６量が減少されるために生じる液面
上昇が阻止されてポンプ取扱液７がメカニカルシール５
へ到達されないことは勿論、前記軸貫通部間隙51が狭
く、かつ径方向長に対する軸方向長が相当大なるため
に、前記ガスがこの軸貫通部間隙51からガスシール室２
へ流入される際の速度が相当速くなり、前記軸貫通部間
隙51を通過しようとするポンプ取扱液７の飛沫やポンプ
取扱液７の気化ガスが押し戻されてガス受給室49への侵
入が阻止される結果、メカニカルシール５へ到達され
ず、従ってポンプ取扱液７に起因してメカニカルシール
５が損傷され、ポンプ故障に至る問題が解消される。

なお、前記ガスシール室２へ流入されたガス６はポンプ
取扱液７中を回転軸12に沿って下降され、仕切板34の軸
貫通部間隙41、バランス室40およびバランスホール42を
経て主インペラ35の吸込側へと至り、ポンプ取扱液７と
共にポンプ吐出口へと吐き出されるが、前記ガス６の供
給量は、過多であるとポンプ部１にキャビテーションが
発生されるとともに供給コストが高くつくので、前記キ
ャビテーションが発生されない最大供給量とポンプ取扱
液７の飛沫やポンプ取扱液７の気化ガスがガス受給室49
へ侵入するのが阻止できる最小供給量との間に設定すれ
ばよく、前記最小供給量に近いほど好ましい。

実験によると、前記実施例において回転軸12の直径を35
mm、固定環支え32のスリーブ部50と回転軸12との間の前
記軸貫通部間隙51の径方向長（片側間隙）を0.8mm、こ
の軸貫通部間隙51の軸方向長を26mm、回転数を2850r.p.
m.とし、極めて微粒のスラリーを含むクロルシランをポ
ンプ取扱液７とした場合、窒素ガスを外部ガス源59とし
て毎分200CC程度供給することにより、ガスシール室２
の液面上昇が阻止されることは勿論、ポンプ取扱液７の
飛沫に含まれおよび極めて微粒であるためポンプ取扱液
７の気化ガス中に混在された前記スラリーのガス受給室
49への侵入が阻止されて、ポンプ取扱液７に起因するメ
カニカルシール５の損傷が防止される好結果が得られ
た。

また、前記ガス６は、ポンプ取扱液７の気化ガスによる
メカニカルシール５への影響が無い場合にはポンプ起動
直前からポンプ停止直後の間、すなわちポンプ運転中に
のみ常時供給すればよいが、前記気化ガスによるメカニ
カルシール５への影響がある場合にはポンプ停止中にお
いても、すなわちポンプ取扱液７内在中は常時供給し続
ける必要がある。

前記実施例においては、メカニカルシール５の固定環5b
が装着される固定環支え32によってガス受給室49および
このガス受給室49とガスシール室２を連通する径方向長
に対する軸方向長が相当大なる狭い軸貫通部間隙51を形
成したが、第３図に示すようにアダプタ27の仕切壁31に
固定環支え32の下方を覆う仕切体60を取着し、この仕切
体60と前記固定環支え32、仕切壁31および回転軸12とで
囲まれる空間をガス受給室49として形成しても良く、こ
の場合、仕切体60の中央部にスリーブ部50を突設して、
このスリーブ部50と回転軸12との間に径方向長に対する
軸方向が相当大なる狭い軸貫通部間隙51を形成する。

また、外部ガス源59とガス受給室49間の接続について
も、前記内部ガスパイプ53に代えて第３図に示すように
アダプタ27の仕切壁31にガス通孔61を穿設するなど、以
上の各実施例に限らず本発明の要旨の範囲で種々の設計
変更を成し得ることは勿論である。

（発明の効果） 本発明のガスシール型キャンドモータポンプによれば、
ポンプ運転中またはポンプ取扱液７内在中に外部ガス源
59から常時ガス６を供給し、前記ガス６をガス受給室49
を経た後、径方向長に対する軸方向長が相当大なる狭い
軸貫通部間隙51を介してガスシール室２へ流入させるこ
とにより、ガスシール室２にガス６が過分に補給される
ので、ガスシール室２のガス６量が減少することによる
液面上昇が阻止されてポンプ取扱液７がメカニカルシー
ル５へ到達されないことは勿論、ガス受給室49から狭い
軸貫通部間隙51を通ってガスシール室２へ流入されるガ
ス流によってポンプ取扱液７の飛沫や気化ガスがガス受
給室49へ侵入するのが阻止されてメカニカルシール５へ
到達されず、従ってポンプ取扱液７に起因してメカニカ
ルシール５が損傷されてポンプ故障に至る問題が解消さ
れ、保守コストが大幅に減少されるとともに、ポンプ取
扱液７の漏洩による危険防止および環境保全上その採用
が好ましい完全無漏洩構造のキャンドモータポンプの適
用範囲がさらに拡大されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すガスシール型キャンド
モータポンプの縦断正面図、第２図は同上一部の拡大縦
断正面図、第３図は本発明の他の実施例を示すガスシー
ル型キャンドモータポンプの一部の縦断正面図、第４図
は従来のガスシール型キャンドモータポンプの縦断正面
図、第５図は他の従来のガスシール型キャンドモータポ
ンプの縦断正面図である。 １……ポンプ部、２……ガスシール室、３……キャンド
モータ部、４……ロータ室、５……メカニカルシール、
49……ガス受給室、51……軸貫通部間隙、59……外部ガ
ス源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ部の上側にガスシール室を介してキ
   ャンドモータ部を気密に一体に構成し、このキャンドモ
   ータ部のロータ室と前記ガスシール室とをメカニカルシ
   ールにて軸封したキャンドモータポンプにおいて、 前記ガスシール室と前記メカニカルシールとの間にこの
   メカニカルシールを前記ガスシール室から遮断するガス
   受給室を設け、このガス受給室と前記ガスシール室とを
   径方向長に対する軸方向長が相当大なる狭い軸貫通部間
   隙を介して連通し、ポンプ運転中またはポンプ取扱液内
   在中に前記ガス受給室へガスを供給して前記軸貫通部間
   隙を経て前記ガスシール室へ流入させるための外部ガス
   源を前記ガス受給室に接続したことを特徴とするガスシ
   ール型キャンドモータポンプ。